DSL分享 - Speaker Deck

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DSL (Domain Specific Language) @Mark 2020.10.26 特定领域语⾔

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DSL 特定领域（Domain)所专⻔是合计的词汇和语法，简化程序设计过程，提⾼⽣产效率的技术，同时也让⾮编程领域专家的⼈直接描述逻辑成为可能。

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• 优点：集中描述『想要做什么』（What）的部分，⽽不必对『如何做到』（How）进⾏描述

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• ⽐如⼀个名为 rake的编译⼯具，功能和 make差不多会分析⽂件依赖关系，⾃动执⾏程序编译、链接等操作 • 例⼦表达了: • 1) 默认任务为test • 2) test的内容是执⾏ node， python，ruby三个任务 • 启动rake 是： rake 任务

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• DSL是对特定⼩规模语⾔的称呼，是⼀个新叫法，但是这个东⻄并不是稀罕东⻄，尤其是Unix社区中诞⽣了很多『专⽤语⾔』⼯具 • ⽐如 awk(⽂本处理), make（构建） ,sed（数据流编辑） • Unix中还提供语法分析⽣成⼯具 yacc，以及词法分析器⽣存⼯具 lex • Yacc，lex本身也有⾃⼰的迷你语⾔

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• 迷你语⾔都是专⽤于特定⽤途，⼤多数情况下⽆法完成复杂⼯作。 • 因此本质上和DSL都是⼀样的。迷你语⾔

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外部DSL

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外部DSL 以迷你语⾔为代表的，专⻔语⾔引擎实现的DSL，统称为外部DSL。

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• Java程序中⼤量使⽤了可拓展标记语⾔（XML）编写配置⽂件。这种 XML配置⽂件也是⼀种外部DSL 外部DSL例⼦ • 数据库访问所使⽤的结构化查询语⾔（SQL）也是⼀种典型的外部DSL

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• 独⽴于程序语⾔，对某个领域操作程序，不⼀定是同⼀个语⾔。外部DSL优点 • 外部DSL是独⽴于程序语⾔开发，因此可以实现跨语⾔共享。 • 学会SQL可以在不同语⾔中使⽤SQL操作 • 例如正则表达式也是⼀种DSL，在Ruby，Perl，PHP，Python中都可以使⽤

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内部DSL

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内部DSL 外部DSL是从Unix中发展⽽来，内部DSL则是发源于Lisp和 Smalltalk的⽂化中。

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内部DSL并不是创在⼀种新的语⾔，⽽是在现有语⾔中实现 DSL。⽽作为DSL的基础，这种语⾔称为宿主语⾔。 Lisp，Smalltalk，Ruby这些语⾔适合作为宿主语⾔，因此这些语⾔的社区中经常使⽤内部DSL。

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内部DSL优缺点 • 优缺点和外部DSL正好相反。 • ⽆需学习新语⾔，宿主语⾔的尝试依然有效。 • 甚⾄可以借助宿主语⾔，实现复杂逻辑的书写。 • 『寄⽣』在宿主语⾔上，使得可以轻松实现功能。即使『迷你语⾔』在拓展线上都⽢拜下⻛。

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DSL优势

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DSL优势 • 更简洁的表达 • 减少与程序员交流成本 • 实现⽣产效率提⾼ • 不涉及内部细节，⽽是在⾼级层⾯上描述——抽象化 • # 不断抽象化其实是编程语⾔的未来发展⽅向之⼀

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DSL的定义

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DSL的定义 • 如何才算是 DSL呢？

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DSL定义 • 观点1 像『是否具备禁⽤于特认定⽤途的功能』、『（设计者）⾃⼰是否将其命名为⼀种DSL』这种标准，今天逐渐变得模棱两可

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• ⻉尔实验室名⾔： • 库设计就是语⾔设计（Library design is language design). 我们在思考编程语⾔的时候，⼤多仅强调语法，但如果脱离了相当于词汇的库、类和⽅法，语⾔也就⽆法思考。也就是说 API也是构成编程语⾔的⼀个要素。

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• Programming is a process of designing DSL for your own application. （编程就是为⾃⼰的应⽤程序设计DSL的过程） —— ⼤卫·托⻢斯

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DSL定义 • 考虑到DSL实际上是编程语⾔抽象化得延伸，那么问题就不应该是什么是 DSL，什么不是DSL => DSL应该是将⾯向特定领域的API设计成优秀的 DSL这样⼀个设计的过程。

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• DSL不仅仅是⼀种技术，⽽是程序开发的重要设计原理和原则之⼀，适⽤于任何软件的开发。

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适合内部DSL的语⾔

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• 虽然任何语⾔都可以成为宿主语⾔，但像Lisp,Smalltalk,Ruby这样的被认为适合DSL的语⾔，都有⼀些共同的特征

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• 简洁 DSL本来就是为了针对特定⽬的处理⽤的，⾼级的、简洁的⽅式进⾏描述。因此简洁的描述⽅式才是最本质的。简洁是作为DSL宿主语⾔不可或缺的要素。 Lisp、Ruby等于眼中，⽆需声明数据类型，编译器『规矩』也少，因此可以变得简洁。

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• 灵活开发者通过⾼度抽象化代码集中描述 WHAT ⽽不是HOW。因此作为对抽象化得⽀持，元编程等功能最好⽐较充实。⽐如Lisp具备宏（Macro)功能，只要遵循『⽤括号进⾏表达』的S表达式，就可以实现⾃由表达。因此可以说Lisp语⾔本身就是⼀种可被编程的语⾔。 Ruby中的代码块（Block)功能可以实现控制结构，虽然不像Lisp那样万能，但是⽤来实现内部DSL也⾜够了。

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外部DSL实例

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• 外部DSL就是拥有专⽤引擎的⼀种独⽴特定领语⾔。外部DSL也有各⾃不同的实现⽔平。最简单的莫过于配置⽂件，例如 YAML、JSON 更复杂⼀点DSL，虽然也是为特殊⽬的设计，但是可以编写出描述任何算法的程序。例如⽂本处理的 awk。再⽐如⾯向打印机的描述⻚⾯语⾔ PostScript 是⼀个基于逆波兰的图灵完备语⾔。

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还有⼀些⽐较特殊，虽然本身也是通⽤语⾔。叫做DSL并不合适，但是却与特定计算机模型有很强关联性，也就具备了类似DSL的性质。例如 Prolog 以⼀阶谓词逻辑为基础的语⾔。统⼀，⽤于并⾏计算的Actor模型密切相关的 Erlang 虽然也是通⽤语⾔，但是也具备了『⾯向并发编程领域的DSL』这个性质。

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对于Java中： Java中 XML。由于Java中默认内置了解析XML的库，因此⽤XML写DSL很容易被读取。这样可以省略为DSL开发语⾔引擎的步骤。但是XML不论是阅读还是编写都⼗分冗⻓，并不是很友好。

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DSL设计的构成要素

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上下⽂（context) 语句（Sentence）单位（Unit）词汇（Vocabulary）层次结构（Hierarchy）

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上下⽂作⽤就是定义上下⽂，表示这个测试的⼀个⼤框架。⼀个测试框架例⼦：⽐如 context “a User instance” do 就表示对『a User instance』这个上下⽂的测试进⾏定义的意思 Should⽅法定义了『需要满⾜某个条件』这样⼀个测试。

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这样与其说定义测试，不如说定义了⾏为（Behavior）有时候也称为规则（Spec）。前置定义这种Spec就是 BDD ⾏为驱动开发。

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⼀个⼩作品，在Ruby的语法范围内到底能设计出多接近英语的DSL。这是⼀个描述做⾯包的 DSL。

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接近⾃然语⾔的利弊外⾏⼈容易纠结到底在哪⼉要加上标点符号。顺序是否可以调换。 COBOL就遇到了这样的设计问题。由于Ruby可以⾃由增加⽅法，所以利⽤这⼀点，实现了上⾯的DSL

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Ruby on Rails 包含的ActiveSupport库中，『现在时间的20⼩时之前』可以写出『20.hours.ago』 Rails不仅是⼀种Web框架，也可以说是以 Ruby为基础的DSL

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词汇、层次 Rails中如果数据库users表中包含name属性，可以这样调⽤： User.find_by_name(“⻢克”） find_by_name 是⾃动⽣成的

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层次可以理解为嵌套上下⽂⽤Ruby作为DSL⽣成 XML 看起来可能要⽐XML简洁

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Sinatra是⼀个规模较⼩的Web框架。通过特殊的 get语法，以简洁的形式，应⽤了上下⽂。

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⼩结

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DSL虽然是最近出现，但是实际上已经从数⼗年前就使⽤的技术。就像给设计模式起个名字⼀样，可以提⾼其认知度。今后DSL也可能作为判断设计优秀与否的重要指标，对软件开发产⽣巨⼤影响。