Elixir元编程：宏语言，生成代码的新门户

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Elixir元编程是一门关于宏语言和元数据的学科，在学习了Elixir的基础知识之后，我们开始进入了更高级的阶段，学习如何通过宏来生成代码。Elixir的宏是一种强大的工具，它可以改变编程的游戏规则，让我们能够编写更强大、更灵活的程序。宏语言的概念听起来可能有点抽象，但实际上它是一种用来编写生成代码的代码。通过宏，我们可以以一种类似自然语言的方式来编写程序，让代码变得清晰、简洁而又易于理解。宏能够让我们塑造代码，而不是被代码所限制。宏开启了在其他语言中几乎不可能的一扇大门，它给了我们极大的自由度和表达能力。在Elixir中，宏是通过元编程来实现的。元编程是一种通过代码生成代码的技术，它让我们能够在运行时动态地生成和修改代码。通过元编程，我们可以在编写程序时对代码进行变形、扩展和优化，以满足特定的需求。元编程使得我们可以写出更加灵活和适用的程序，提高代码的重用性和可维护性。学习Elixir元编程需要一些基础知识，但是一旦掌握了相关的概念和技术，就能够发挥出强大的能力。本章节介绍了一本名为《Metaprogramming Elixir》的书，强烈推荐初学者阅读。本章的内容是对该书内容的概括和理解，我们会结合自己的理解进行描述。 Elixir元编程的学习可以帮助我们更好地应用Elixir的特性和能力，例如编写高效的库、构建领域特定语言DSL或者进行性能优化。同时，学习元编程也可以带来很多乐趣和挑战，让我们对编程有更深入的理解和探索。在接下来的学习过程中，我们将深入了解Elixir所需的一切知识，学习如何使用宏来编写生成代码的代码。我们将学习如何使用宏来动态生成代码、修改代码和扩展语言的功能。通过学习和实践，我们可以逐渐掌握元编程的技巧和技术，从而写出更加优雅和强大的程序。最后，要提醒大家：整个世界都是我们的舞台。通过学习Elixir元编程，我们可以探索并拥抱这个充满无限可能的编程世界。让我们一起开始吧！

如果你搞不清楚你的代码当前运行在什么 context 下，那就说明你的代码过于复杂了。要避免混乱的唯

一办法就是保持宏定义尽可能的简短直白。

保护调用者 Context 的卫生

（卫生宏：这个名称真难听，当初是谁第一个翻译的） Elixir 的宏有个原则要保持卫生。卫生的含义就

是你在宏里面定义的变量，imports，aliases 等等根本不会泄露到调用者的空间中。在展开代码时我们

必须格外注意宏的卫生，因为有时候我们万不得已还是要采用一些不那么干净的手法来直接访问调用者

的空间。

当我第一次了解到卫生这个词，感觉听上去非常的尴尬和困惑 -- 这真是用来描述代码的词吗。但若干介

绍之后，这个关乎干净，无污染的执行环境的想法就完全能够理解了。这个安全机制不但能够阻止灾难

性的名字空间冲突，还能迫使我们进入调用者的 context 时必须交代的清楚明白。

我们已经见识过了代码注入如何工作，但我们还没有在两个不同 contexts 间定义或是访问过变量。让我

探索几个例子看看宏卫生如何运作。我们将再次使用 Code.eval_quoted 来执行一段 AST。在 iex 中输

入如下代码：

meaning_to_life 这个变量在我们表达式的视野中完全找不到，即便我们将绑定传给 Code.eval_quoted

也不行。Elixir 的安全策略是你必须直白地声明，允许宏在调用者的 context 中定义绑定。这种设计会强

制你思考破坏宏卫生是否必要。

破坏卫生

我们可以用 var! 宏来直接声明在 quoted 表达式中需要破坏宏卫生。让我们重写之前 iex 中的例子，使

用 var! 来进入到调用者的 context：

iex> ast = quote do

...>  if meaning_to_life == 42 do

...>   "it's true"

...>  else

...>   "it remains to be seen"

...>  end

...> end

{:if, [context: Elixir, import: Kernel],

[

 {:=, [], [{:meaning_to_life, [], Elixir}, 42]},

 [do: "it's true", else: "it remains to be seen"]

]}

iex> Code.eval_quoted ast, meaning_to_life: 42

** (CompileError) nofile:1: undefined function meaning_to_life/0

iex> ast = quote do

...>  if var!(meaning_to_life) == 42 do

...>   "it's true"

...>  else

...>   "it remains to be seen"

...>  end

...> end

{:if, [context: Elixir, import: Kernel],

[

 {:==, [context: Elixir, import: Kernel],

 [

通过使用 var!，我们破坏了宏卫生将 name 重新绑定到一个新的值。破坏宏卫生一般用于一事一议的个

案处理。当然一些高阶的手法也需要破坏宏卫生，但我们一般应该尽量避免，因为它可能隐藏实现细

节，同时添加一些不为调用者所知的隐含行为。以后的练习我们会有选择的破坏卫生，但那是绝对必要

的。

使用宏时，我们一定要清楚地知道宏运行在哪个 context，同时要保持宏卫生。我们体验过直接声明破

坏卫生，用于探索宏在整个生命周期所进入的不同 context。我们要秉持这些信念来指导我们后续的开

发实践。

进一步探索

我们已经揭开了抽象语法树的神秘面纱，它是支撑所有 Elixir 代码的基础。通过 quote 一个表达式，操

纵 AST，定义宏，你的元编程之旅一路进阶。在后续的章节，我们会创建更为高级的宏，用来定制语言

结构，我们还会编写一个迷你测试框架，可以推断 Elixir 表达式的含义。

至于你，需要将前面讲的知识点展开。这有一些想法你可以尝试一下：

不依赖 Kernel.if 定义一个 unless 宏，使用其他的 Elixir 流程控制结构。

定义一个宏用来返回手写代码的原始 AST，当然不准使用 quote 代码生成



Elixir 元编程 - 第二章使用元编程扩展 Elixir

宏不仅仅是用于前面一章所讲的简单的转换。他们还会用于强大的代码生成，优化效率，减少模板，并

生成优雅的 API。一旦你认识到大多数的 Elixir 标准库都是用宏实现的，一切皆可能，无非取决于你到

底想把语言扩展到何种程度。有了它我们的愿望清单就会逐一实现。本章就是教你如何去做。

即将开始我们的旅程，我们会添加一个全新的流程控制语句到 Elixir 中，扩展模块系统，创建一个测试

框架。Elixir 将这一切的基础构建功能汇聚于我们的指尖，让我们开始构建把。

定制语言结构

你已经见识过了宏允许你在语言中添加自己的关键字，而且它还能让 Elixir 以更为灵活的方式适应未来

的需求。比如，如果我们需要语言支撑一个并行的 for 语句，我们不用干等着，我们为内建的 for 宏扩

展一个新的 para 宏，它会通过 spawn 更多的进程来并行的运行语句。语法可能类似如下：

para 的功能将 for 语句的 AST 转换成并行执行语句。我们只通过添加一个 para 调用，就让 for 语句以

一种全新的方式执行。José 给我们提供了坚实的语言基础，我们可以创造性的解决我们的需求。

重写 if 宏

让我们验证下我们的想法。再看下前一章中的 unless 例子中的 if 宏。if 宏看上去很特殊，但我们知道它

跟其他宏也差不多。让我们重写 Elixir 的 if 宏，体会一下用语言的构建机制实现功能有多简单。

创建 if_recreated.exs 文件，内容如下：

"Max"

para(for i <- 1..10 do: i * 10)

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TianMaiCheng

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