В информатике метаобъект — это объект , который манипулирует, создает, описывает или реализует объекты (включая самого себя). Объект, к которому относится метаобъект, называется базовым объектом. Некоторая информация, которую может определить метаобъект, включает в себя тип базового объекта , интерфейс , класс , методы , атрибуты , дерево синтаксического анализа и т. д. Метаобъекты являются примерами концепции отражения в информатике , когда система имеет доступ (обычно во время выполнения) к своим своя внутренняя структура. Отражение позволяет системе по существу переписывать себя на лету, изменяя собственную реализацию по мере ее выполнения. [1]
Протокол метаобъектов (MOP) предоставляет словарь ( протокол ) для доступа и управления структурой и поведением систем объектов. Типичные функции протокола метаобъекта включают: [2]
Протокол метаобъектов противоречит принципу открытости/закрытости Бертрана Мейера , который утверждает, что системы программных объектов должны быть открыты для расширения , но закрыты для модификации . Этот принцип фактически проводит различие между расширением объекта путем добавления к нему и модификацией объекта путем его переопределения, предполагая, что первое является желательным качеством (« объекты должны быть расширяемы, чтобы соответствовать требованиям будущих вариантов использования »), в то время как последнее нежелательно (« объекты должны обеспечивать стабильный интерфейс, не подлежащий суммарной доработке »). Протокол метаобъектов, напротив, прозрачно раскрывает внутренний состав объектов и всей объектной системы с точки зрения самой системы. На практике это означает, что программисты могут использовать объекты для переопределения самих себя, возможно, весьма сложными способами.
Более того, протокол метаобъекта — это не просто интерфейс к «базовой» реализации; скорее, посредством метаобъектного протокола объектная система рекурсивно реализуется в терминах мета -метаобъектной системы, которая сама теоретически реализуется в терминах мета -метаобъектной системы, и так далее до тех пор, пока не будет получен произвольный базовый случай (непротиворечивое состояние объектной системы). ) определяется, причем протокол как таковой представляет собой рекурсивную функциональную связь между этими уровнями реализации.
Подобная реализация объектных систем открывает возможность радикальной произвольной перестройки, обеспечивая глубокую гибкость, но привнося, возможно, сложные или трудные для понимания проблемы метастабильности (например, объектная система не должна деструктивно обновлять свой собственный метаобъектный протокол - свое внутреннее самоопределение). представление - но потенциальную разрушительность некоторых обновлений предсказать непросто, и об этом может быть трудно рассуждать), в зависимости от рекурсивной глубины, на которую распространяются желаемые модификации. [3] По этой причине протокол метаобъектов, если он присутствует в языке, обычно используется экономно и для специализированных целей, таких как программное обеспечение, которое преобразует другое программное обеспечение или себя сложными способами, например, при обратном проектировании. [4]
Когда компиляция недоступна во время выполнения, возникают дополнительные сложности при реализации протокола метаобъекта. Например, с помощью такого протокола можно изменить иерархию типов, но это может вызвать проблемы для кода, скомпилированного с альтернативным определением модели класса. В некоторых средах для этой цели найдены инновационные решения, например, путем обработки проблем метаобъектов во время компиляции. Хорошим примером этого является OpenC++. [5] Объектно -ориентированная модель семантической сети более динамична, чем большинство стандартных объектных систем, и совместима с протоколами метаобъектов среды выполнения. Например, в модели семантической сети ожидается, что классы изменят свои отношения друг с другом, и существует специальный механизм вывода , известный как классификатор, который может проверять и анализировать развивающиеся модели классов. [6]
Первый метаобъектный протокол был на объектно-ориентированном языке программирования Smalltalk , разработанном в Xerox PARC . Объектная система Common Lisp (CLOS) появилась позже, и на нее повлиял протокол Smalltalk, а также оригинальные исследования Брайана Смита о 3-Lisp как бесконечной башне оценщиков. [7] Модель CLOS, в отличие от модели Smalltalk, позволяет классу иметь более одного суперкласса ; это создает дополнительную сложность в таких вопросах, как определение происхождения иерархии классов в некотором экземпляре объекта. CLOS также допускает динамическую многометодную диспетчеризацию , которая обрабатывается с помощью общих функций , а не передачи сообщений , как в одиночной диспетчеризации Smalltalk . [8] Самая влиятельная книга, описывающая семантику и реализацию метаобъектного протокола в Common Lisp, — « Искусство метаобъектного протокола » Грегора Кицзалеса и др. [9]
Протоколы метаобъектов также широко используются в приложениях для разработки программного обеспечения. Практически во всех коммерческих средах CASE, реинжиниринга и интегрированной разработки существует некоторая форма метаобъектного протокола для представления и управления артефактами проекта. [10] [11] [12]
Протокол метаобъектов — это один из способов реализации аспектно-ориентированного программирования . Многие из первых основателей MOP, в том числе Грегор Кицалес , с тех пор стали основными сторонниками аспектно-ориентированного программирования. Кичалес и др. из PARC были наняты для разработки AspectJ для Java , языка, который не имеет собственного протокола метаобъектов.