Preprocesor

Preprocesor je počítačový program, který zpracovává svá vstupní data tak, aby výstup mohl dále zpracovávat jiný program. Častým příkladem, kdy se používá preprocesor, je předzpracování zdrojového kódu před dalším krokem, kterým je kompilace. Druh a míra předzpracování závisí primárně na požadavcích kompilátoru. Většina preprocesorů je relativně jednoduchá, zvládá nahrazování textu a jednoduchá makra. Malé procento preprocesorů disponuje silnými prostředky na zpracování programovacího jazyka. V takových případech není zpravidla nutné používat složité kompilátory.

Lexikální preprocesory

Lexikální preprocesory jsou nejnižším stupněm preprocesorů. Pro svoji činnost využívají pouze lexikální analýzu, tzn. že, pracují se zdrojovým kódem pouze jako s textem. Ve vstupním textu provádějí úpravy typu: najít a nahradit, použít makro, připojit externí soubor, atd.

Preprocesing v jazyce C/C++

Nejznámějším a hojně využívaným preprocesorem je preprocesor jazyka C/C++. Tento preprocesor funguje na výše zmíněném principu.

Připojení externích souborů

Preprocesoru v jazyce C/C++ se nejčastěji používá pro připojení hlavičkových souborů.

#include "..."

nebo

#include <...>

Rozdíl mezi těmito příkazy je pouze v umístění, kde bude preprocesor zadaný soubor hledat. "..." značí lokalní hlavičkový soubor v projektu. <...> znamená soubor umístěný v některém společném úložišti hlavičkových souborů pro všechny projekty. Na ukázku, připojení souborů <math.h> a <stdio.h> ze standardní C/C++ knihovny umožňuje využívat matematické a I/O operace.

Avšak takovýto lexikální preprocesor není schopný ohlídat vícenásobné připojení jednoho hlavičkového souboru nebo dokonce cyklické připojování hlavičkových souborů. Mimo jiné je takovýto přístup pomalý, neboť je nutné před každou kompilací připojovat hlavičkové soubory, ikdyž se v nich nic nezměnilo.

Od roku 1970, bylo vymyšleno mnoho alternativ hlavičkových souborů používaných v jazyce C/C++. Tyto alternativy jsou mnohdy efektivnější, rychlejší a použití je přehlednější. Vybrané implementace zdílených souborů: Java a Common Lisp používají balíčky, Pascal má unity, Modula, OCaml, Haskell a Python mají moduly a C# podobně jako Java využívá importy balíčků.

Makra

Makra jsou primárně používána v jazyce C. Umožňují vkládat drobné části kódu na mnoho míst, čímž se šetří velikost zdrojového kódu a přehlednost. V makrech je možné používat i zástupné znaky (něco jako parametry funkcí). Makra jsou zpracovávána preprocesorem, proto je tento kód kompilovám vícekrát, ikdyž je zapsán pouze jednou. Makra nemají vliv na rychlost překladu.

Na ukázku:

#define max(a,b) a > b ? a : b

definuje makro max se dvěma parametry a a b. Takovéto makro může být "voláno" jako funkce (stejnou syntaxí). Využití maker je v C/C++ velmi významné hlavně při debugingu, kdy je možné rychle předefinovat makro a měnit tak kód na mnoha místech zaroveň.

To, že se makra nechovají stejně jako funkce si ukážeme na následujícím příkladu, kde f a g jsou dvě funkce vracející integer. Zavolání

z = max(f(), g());

nevyčíslí f()jednou a g() taky jednou jak by se dalo čekat i funkce, nýbrž jedna z fukcí f nebo g bude vyčíslena dvakrát (v závislosti na tom, která vrací větší číslo). Toto chování může mít za následek katastrofální chování v případě, že záleží na počtu volání f nebo g.

Většina moderních programovacích jazyků již nevyužívá tyto možnosti maker, právě z těchto nejednoznačných důvodů a snadného zaměnění za funkce. Z toho důvodu existují v dnešních jazycích pouze funkce nebo metody.

Podmíněná kompilace

Preprocesor jazyka C/C++ podporuje podmíněnou kompilaci. To umožňuje mít více verzí stejného kódu, který se například liší ve výpisu logovacích informací a podobně. Takto je možné do jednoho zdrojového kódu napsat program kompilovatelný na více platforem, či různé jazykové mutace, ...

Nejčastěji se používá následující konstrukce:

#ifndef FOO_H
#define FOO_H
...(header file code)...
#endif

Programátor tím zabraňuje mnohonásobnému připojení hlavičkového souboru. Tímto problémem sme se zabývali výše.

Podmínky preprocesuru je možné využít v kompexnějších případech jako je tento:

 #ifdef DEBUG
 ...
 #else
 ...
 #endif

nebo

 #if DEBUG
 ...
 #else
 ...
 #endif

Naneštěstí většina moderních programovacích jazyků odstraňuje tuto schopnost a uchyluje se k tradičnímu použití if...then...else.... To má ale za následek pomalejší běh programu, neboť tato podmínka musí být vyhodnocena za běhu programu a nikoliv pouze při kompilaci.

Syntaktické preprocesory

Syntaktické preprocesory byly poprvé představeny v jazyce Lisp. Jejich úkolem je převést syntaktické strom na sérii uživatelem definovaných přepisovacích pravidel. V několika jazycích jsou pravidla napsána ve stejném jazyce jako program (compile-time reflection), případ právě jazyka Lisp a OCaml. Ostatní jazyky mají tyto pravidla definovaná v jiných jazycích jako například XSLT preprocesor pro XML nebo statické CD.

Syntaktické preprocesory jsou typicky použity ke custimizaci jazyka, doplnění nových primitiv, atd. Takto je možné dosáhnout všeobecně použitelného jazyka.

Přizpůsobení syntaxe

Dobrý příklad se nachází na adrese http://caml.inria.fr/pub/docs/manual-camlp4/manual007.html. Program může být zapsán dvěma různými syntaxemi při zachování stejné funkčnosti a záleží hlavně na subjektivním posouzení programátora.

Velký počet programů napsaných v OCaml přispůsobuje syntaxi doplněním nových operátorů. Definici vlastních operátorů podporuje i jazyk C++.

Specializace jazyka

Jedna z neobvyklých vlastností jazyka Lisp je možnost použít makra k vytvoření vlastního minijazyka uvnitř projektu. Typicky ve velkých projektech bývají některé moduly napsány v takovýchto minijazycích. Modul pro přístup k SQL databázi využívá dialekt se základem právě v SQL příkazech. Jiné moduly mohou využívat jiné minijazyky, například modul pro práci s GUI, tiskem, atd. Standardní knihovna Common Lisp obsahuje příklad tohoto typu, kdy se k využívá ke složitému iterování v cyklu minijazyk založený na jazyce Algol.

Všeobecně použitelné preprocesory

Drtivá většina preprocesorů je zaměřena na jeden konkrétní jazyk, resp. spolupracuje s konkrétním kompilátorem. Ale existují také tzv. všeobecně použitelné preprocesory, které nejsou svázány s konkrétním jazykem. V takovýchto případech je možné preprocesor "programovat" vlastními pravidly pro každý konkrétní jazyk.

Externí zdroje

• DSL Design in Lisp
• Programming from the bottom up
• The Generic PreProcessor
• Gema, the General Purpose Macro Processor
• The PIKT piktc text, script, and configuration file preprocessor

Související články

• Preprocesor jazyka C