代码生成器是非常有用的工具。我有时使用 jinja2的命令行版本来生成高度冗余的配置文件和其他文本文件,但它在转换数据方面功能有限。显然,Jinja2 的作者有不同的想法,而我想要类似于 列表推导list comprehensions 或 D 语言的 可组合范围composable range 算法之类的东西。

我决定制作一个类似于 Jinja2 的工具,但让我可以通过使用范围算法转换数据来生成复杂的文件。这个想法非常简单:一个直接用 D 语言代码重写的模板语言。因为它 就是D 语言,它可以支持 D 语言所能做的一切。我想要一个独立的代码生成器,但是由于D 语言的 mixin特性,同样的模板语言可以作为嵌入式模板语言工作(例如,Web 应用程序中的 HTML)。有关该技巧的更多信息,请参阅这篇关于在编译时使用 mixins 将 Brainfuck 转换为 D 和机器代码的文章。

像往常一样,源码在 GitLab 上。这篇文章中的例子也可以在这里找到。

Hello world 示例

这是一个演示这个想法的例子:

Hello [= retro(\"dlrow\") ]![: enum one = 1; :]1 + 1 = [= one + one ]

[= some_expression ]类似于 Jinja2 中的{{ some_expression }},它在输出中呈现一个值。[: some_statement; :]类似于{% some_statement %},用于执行完整的代码语句。我更改了语法,因为 D 也大量使用花括号,并且将两者混合使模板难以阅读(还有一些特殊的非 D 指令,比如include,它们被包裹在[ 和 >]中)。

如果你将上面的内容保存到一个名为 hello.txt.dj的文件中并运行djinn命令行工具,你会得到一个名为hello.txt的文件,其中包含你可能猜到的内容:

Hello world!1 + 1 = 2

如果你使用过 Jinja2,你可能想知道第二行发生了什么。Djinn 有一个简化格式化和空格处理的特殊规则:如果源代码行包含 [:语句或[ 指令但不包含任何非空格输出,则整行都会被忽略输出。空行则仍会原样呈现。

生成数据

好的,现在来讲一些更实用的东西:生成 CSV 数据。

x,f(x)[: import std.mathspecial;foreach (x; iota(-1.0, 1.0, 0.1)) :][= \"%0.1f,%g\", x, normalDistribution(x) ]

一个 [=]对可以包含多个用逗号分隔的表达式。如果第一个表达式是一个由双引号包裹的字符串,则会被解释为格式化字符串。下面是输出结果:

x,f(x)-1.0,0.158655-0.9,0.18406-0.8,0.211855-0.7,0.241964-0.6,0.274253-0.5,0.308538-0.4,0.344578-0.3,0.382089-0.2,0.42074-0.1,0.4601720.0,0.50.1,0.5398280.2,0.579260.3,0.6179110.4,0.6554220.5,0.6914620.6,0.7257470.7,0.7580360.8,0.7881450.9,0.81594

制作图片

这个例子展示了一个图片的生成过程。经典的 Netpbm 图像库定义了一堆图像格式,其中一些是基于文本的。例如,这是一个 3 x 3 向量的图像:

P2 # PGM 格式标识3 3 # 宽和高7 # 代表纯白色的值(0 代表黑色)7 0 70 0 07 0 7

你可以将上述文本保存到名为 cross.pgm之类的文件中,很多图像工具都知道如何解析它。下面是一些 Djinn 代码,它以相同的格式生成Mandelbrot 集分形:

[:import std.complex;enum W = 640;enum H = 480;enum kMaxIter = 20;ubyte mb(uint x, uint y){ const c = complex(3.0 * (x - W / 1.5) / W, 2.0 * (y - H / 2.0) / H); auto z = complex(0.0); ubyte ret = kMaxIter; while (abs(z) mb(x, y)) ]

生成的文件大约为 800 kB,但它可以很好地被压缩为 PNG:

$ # 使用 GraphicsMagick 进行转换$ gm convert mandelbrot.pgm mandelbrot.png

结果如下:

解决谜题

这里有一个谜题:

一个 5 行 5 列的网格需要用 1 到 5 的数字填充,每个数字在每一行中限使用一次,在每列中限使用一次(即,制作一个 5 行 5 列的拉丁方格Latin square)。相邻单元格中的数字还必须满足所有 >大于号表示的不等式。

几个月前我使用了 线性规划linear programming(LP)。线性规划问题是具有线性约束的连续变量系统。这次我将使用混合整数线性规划mixed integer linear programming(MILP),它通过允许整数约束变量来归纳 LP。事实证明,这足以成为 NP 完备的,而 MILP 恰好可以很好地模拟这个谜题。

在上一篇文章中,我使用 Julia 库 JuMP 来帮助解决这个问题。这次我将使用 CPLEX:基于文本的格式,它受到多个 LP 和 MILP 求解器的支持(如果需要,可以通过现成的工具轻松转换为其他格式)。这是上一篇文章中 CPLEX 格式的 LP:

Minimize obj: vSubject To ptotal: pr + pp + ps = 1 rock: 4 ps - 5 pp - v

CPLEX 格式易于阅读,但复杂度高的问题需要大量变量和约束来建模,这使得手工编码既痛苦又容易出错。有一些特定领域的语言,例如 ZIMPL,用于以高级方式描述 MILP 和 LP。对于许多问题来说,它们非常酷,但最终它们不如具有良好库(如 JuMP)支持的通用语言或使用 D 语言的代码生成器那样富有表现力。

我将使用两组变量来模拟这个谜题:v_{r,c}i_{r,c,v}v_{r,c}将保存 r 行 c 列单元格的值(从 1 到 5)。i_{r,c,v}是一个二进制指示器,如果 r 行 c 列的单元格的值是 v,则该指示器值为 1,否则为 0。这两组变量是网格的冗余表示,但第一种表示更容易对不等式约束进行建模,而第二种表示更容易对唯一性约束进行建模。我只需要添加一些额外的约束来强制这两个表示是一致的。但首先,让我们从每个单元格必须只有一个值的基本约束开始。从数学上讲,这意味着给定行和列的所有指示器都必须为 0,但只有一个值为 1 的例外。这可以通过以下等式强制约束:

[i_{r,c,1} + i_{r,c,2} + i_{r,c,3} + i_{r,c,4} + i_{r,c,5} = 1]

可以使用以下 Djinn 代码生成对所有行和列的 CPLEX 约束:

\ 单元格只有一个值[:foreach (r; iota(N))foreach (c; iota(N)):] [= \"%-(%s + %)\", vs.map!(v => ivar(r, c, v)) ] = 1[::]

ivar是一个辅助函数,它为我们提供变量名为i的字符串标识符,而vs存储从 1 到 5 的数字以方便使用。行和列内唯一性的约束完全相同,但在i的其他两个维度上迭代。

为了使变量组 i与变量组v保持一致,我们需要如下约束(请记住,变量组i中只有一个元素的值是非零的):

[i_{r,c,1} + 2i_{r,c,2} + 3i_{r,c,3} + 4i_{r,c,4} + 5i_{r,c,5} = v_{r,c}]

CPLEX 要求所有变量都位于左侧,因此 Djinn 代码如下所示:

\ 连接变量组 i 和变量组 v[:foreach (r; iota(N))foreach (c; iota(N)):] [= \"%-(%s + %)\", vs.map!(v => text(v, ' ', ivar(r, c, v))) ] - [= vvar(r,c) ] = 0[::]

不等符号相邻的和左下角值为为 4 单元格的约束写起来都很简单。剩下的便是将指示器变量声明为二进制,并为变量组 v设置边界。加上变量的边界,总共有 150 个变量和 111 个约束你可以在仓库中看到完整的代码。

GNU 线性规划工具集有一个命令行工具可以解决这个 CPLEX MILP。不幸的是,它的输出是一个包含了所有内容的体积很大的转储,所以我使用 awk 命令来提取需要的内容:

$ time glpsol --lp inequality.lp -o /dev/stdout | awk '/v[0-9][0-9]/ { print $2, $4 }' | sortv00 1v01 3v02 2v03 5v04 4v10 2v11 5v12 4v13 1v14 3v20 3v21 1v22 5v23 4v24 2v30 5v31 4v32 3v33 2v34 1v40 4v41 2v42 1v43 3v44 5real 0m0.114suser 0m0.106ssys 0m0.005s

这是在原始网格中写出的解决方案:

这些例子只是用来玩的,但我相信你已经明白了。顺便说一下,Djinn 代码仓库的 README.md文件本身是使用 Djinn 模板生成的。

正如我所说,Djinn 也可以用作嵌入在 D 语言代码中的编译期模板语言。我最初只是想要一个代码生成器,得益于 D 语言的元编程功能,这算是一个额外获得的功能。

via: https://theartofmachinery.com/2021/01/01/djinn.html

作者:Simon Arneaud选题:lujun9972译者:hanszhao80校对:wxy

本文由 LCTT原创编译,Linux中国荣誉推出