Scala 元编程：伊甸园初窥

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这是一个创建于 2189 天前的主题，其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

阅读建议

本文的行文风格不求阅读意义上的可读性，而是期望读者能够跟着本文的一些探索，自己做一些尝试，即 git clone 本文涉及的代码阅读并实践。

至于 Scala 元编程的一些介绍，请阅读 @王在祥的《神奇的 Scala Macro 之旅系列》: 一, 二, 三, 四。

绕不开的 Sbt

我们从Macro Paradise 的例子开始。有点遗憾的是，这个例子仍然在使用旧的 Sbt。所以，我们的第一步是把构建的定义升级到当前 Sbt 的最新版。完整的项目见我 fork 的sbt-example-paradise。

首先，在 project/build.properties 中指定：

sbt.version=1.2.7

然后，再修改 build.sbt 为：

val paradiseVersion = "2.1.0"

lazy val commonSettings = Seq(
  scalaVersion := "2.12.8",
  addCompilerPlugin("org.scalamacros" % "paradise" % paradiseVersion cross CrossVersion.full)
)

lazy val root = (project in file("."))
  .aggregate(core, macros)

lazy val macros = (project in file("macros"))
  .settings(commonSettings)
  .settings(
    libraryDependencies ++= Seq(
      "org.scala-lang" % "scala-reflect" % scalaVersion.value
    )
  )

lazy val core = (project in file("core"))
  .settings(commonSettings)
  .dependsOn(macros)

我们可以对比一下这一段 SBT 项目构建的定义和 Maven 的构建定义：

commonSettings 相当于 Maven 里面最顶层的 pom.xml
root 相当于 Maven 中指定子模块的那几行
macros 和 core 分别对应两个子目录，其中，core 依赖 macros。

最后，运行一下这个例子：

$ sbt
> project core # 切换到 core 子项目
> compile
> run

输出结果如下：

hello

你好

@hello
object Test extends App {
  println(this.hello)
}

我们实际上运行的这段代码异常简洁。this 指代 Test 这个独立对象(stand-alone object)本身，调用了一个不存在的方法 hello。我们的问题是，@hello 施放了什么样的魔法，生成了这样一个不存在的 hello 方法。

忽略别的语法细节，我们只看下面的这段代码：

annottees.map(_.tree).toList match {
        case q"object $name extends ..$parents { ..$body }" :: Nil =>
          q"""
            object $name extends ..$parents {
              def hello: ${typeOf[String]} = "hello"
              ..$body
            }
          """
}

从直观的感受，我们能猜想到，$name即 Test，$parents即 App，$body就是代码的主体。parents 和 body 前面有两个点，区别于 name。

通过$name、$parents、$body这种特殊的语法形式，我们实际上把：

object Test extends App {
  println(this.hello)
}

变换成了：

object Test extends App {
  println(this.hello)

  def hello: String = "hello"
}

尽管我们或许不知道其中的语法所对应的语义，更不清楚具体的实现机制，但这部分代码的可读性是非常棒(intuitive)的。

下一步？

现在大概知道了@hello所施放的黑魔法。下一步，我们就得弄明白这个简单的例子中，每一行代码的含义。

否则，任何拙劣的模仿和尝试，都是在浪费时间。

那我们应该如何学习这些黑魔法呢？官网的文档可读性并不好，而且不少是过时的。网络上也没有特别友好的面向新人的教程。

追本溯源，前面的项目实际上涉及到两个子项目，scala-reflect 和 paradise。在 scala 的源代码中，scala-reflect 相关的代码单元测试并不多，所以我们从 paradise 的单元测试开始阅读。

git clone [email protected]:scalamacros/paradise.git

可以将 sbt 的版本统一到 1.2.7。这样做，主要为了防止去下载另外一个 Sbt 的版本，浪费大量时间。

很幸运，更改版本之后，项目可以正常编译，测试。

$ sbt
> compile
> project tests
> test

这个 sbt 的终端保持开启，然后用 Intelli Idea 打开整个项目，这样，应该能够更快地打开整个项目，我们在 Sbt 的会话中可以看到无端跳出来的日志：

[info] new client connected: network-1

大致浏览一下这些单元测试的代码，可以获得一些初步的印象。

Macro Paradise 将在 Scala 2.13.x 中内置

另外，这个paradise 插件将在 Scala 2.13.x 中内置，所以我们还需要看一下 Scala 2.13.x 分支的代码。通过git grep paradise，可以看到一些蛛丝马迹。paradise 的源代码主要被引入到了 compiler 和 reflect 下面，而单元测试则是在 tests/macro-annot 下面。

此时，我们可以将前面的 sbt-example-paradise 升级到 Scala 2.13.x：

val paradiseVersion = "2.1.0"

lazy val commonSettings = Seq(
  scalaVersion := "2.13.0-M5",
  scalacOptions ++= Seq("-Ymacro-annotations")
)

lazy val root = (project in file("."))
  .aggregate(core, macros)

lazy val macros = (project in file("macros"))
  .settings(commonSettings)
  .settings(
    libraryDependencies ++= Seq(
      "org.scala-lang" % "scala-reflect" % scalaVersion.value
    )
  )

lazy val core = (project in file("core"))
  .settings(commonSettings)
  .dependsOn(macros)

为了避免构建定义太复杂，我们直接新开一个分支。

这里请注意一下编译选项scalacOptions ++= Seq("-Ymacro-annotations")。我是在 Scala 源代码中通过git grep paradise瞥见的这个编译选项，然后简单看了一下相关代码，了解到了其中的作用。这边第二次提及git grep，是因为在日常工作中，发现一些小伙伴不知道有git grep这么好用的工具，觉得十分诧异。