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Elo 多目标编译：为 No-Code 工具设计的数据表达式语言

深入解析 Elo 语言如何通过统一类型系统和 AST→IR 转换，实现 JavaScript、Ruby、SQL 三端语义一致的表达式编译。

在 No-Code 工具日益普及的今天，非技术用户需要一种安全、简单且可移植的方式来表达数据操作逻辑。Elo 语言应运而生 —— 这是一个纯函数式数据表达式语言，专门为 No-Code 工具设计，能够将同一表达式编译为 JavaScript、Ruby 和 PostgreSQL SQL，确保前端、后端和数据库层使用完全一致的语义。

设计哲学：安全第一的可移植表达式

Elo 的核心设计理念围绕三个关键词展开：简单、安全、可移植。与传统的通用编程语言不同，Elo 专注于数据表达式的特定领域，这使得它能够在保持强大功能的同时，大幅降低学习门槛。

安全性设计体现在多个层面。首先，Elo 采用值语义而非引用语义，所有数据都是不可变的，这从根本上避免了副作用带来的复杂性。其次，语言内置了 Finitio-like 的模式验证系统，开发者可以定义数据模式并在运行时进行验证：

let Person = { name: String, age: Int(c | c > 0) } in data |> Person

这种模式定义不仅提供了类型安全，还能自动进行数据转换和验证。对于非技术用户来说，这意味着他们可以在不担心数据格式错误的情况下编写表达式。

可移植性是 Elo 的另一大亮点。同一个 Elo 表达式可以无缝编译到三个不同的目标环境：

2 ^ 10 > 1000 and TODAY >= SOY
  • JavaScript: Math.pow(2, 10) > 1000 && DateTime.now().startOf('day') >= DateTime.now().startOf('year')
  • Ruby: 2 ** 10 > 1000 && Date.today >= Date.today.beginning_of_year
  • SQL: POWER(2, 10) > 1000 AND CURRENT_DATE >= DATE_TRUNC('year', CURRENT_DATE)

这种跨平台一致性对于 No-Code 工具至关重要，因为这些工具往往需要在不同的技术栈中部署相同的业务逻辑。

多目标编译架构：AST→IR→目标代码

Elo 的编译器采用经典的三阶段架构，但针对多目标编译进行了特殊优化。整个编译流程可以概括为：解析 → 类型推断 → IR 生成 → 目标代码生成。

1. 解析与 AST 构建

Elo 使用手写的递归下降解析器，将源代码转换为抽象语法树（AST）。AST 节点设计简洁，主要包含以下几种类型：

  • 字面量节点：数字、字符串、布尔值、时间值等
  • 变量节点：引用外部数据或局部变量
  • 二元操作节点：算术、比较、逻辑运算
  • 函数调用节点：标准库函数或用户定义的 lambda
  • 管道操作节点：Elixir 风格的 |> 操作符

时间类型的处理是 Elo 的一大特色。语言原生支持 ISO8601 格式的时间字面量：

D2024-01-15           # 日期
D2024-01-15T10:30:00Z # 日期时间
P1D                   # 1天持续时间
PT1H30M               # 1小时30分钟持续时间

2. 类型系统与 IR 转换

Elo 的类型系统基于 Hindley-Milner 类型推断的简化版本。编译器在 AST 到中间表示（IR）的转换过程中进行类型推断，确保表达式的类型一致性。

IR 层是 Elo 实现多目标编译的关键。它提供了一个与具体目标语言无关的中间表示，包含了所有必要的语义信息但去除了语法细节。IR 的设计原则包括：

  • 平台无关性：不包含任何特定于 JavaScript、Ruby 或 SQL 的构造
  • 语义完整性：保留所有必要的类型信息和操作语义
  • 优化友好：支持常量折叠、死代码消除等优化

类型选择器（Type Selectors）是 Elo 类型系统的重要组成部分。它们允许开发者在运行时进行类型转换和验证：

Int("42")      # 将字符串转换为整数，失败时抛出错误
Float(3.14)    # 显式指定浮点数类型
Date("2024-01-01") # 解析日期字符串

3. 目标代码生成

针对每个目标语言，Elo 提供了专门的代码生成器。这些生成器将 IR 转换为目标语言的代码，同时处理语言间的语义差异：

JavaScript 生成器：

  • 使用 Math.pow() 处理幂运算
  • 依赖 Luxon 库处理时间类型
  • 生成 ES6 模块格式的代码

Ruby 生成器：

  • 使用 ** 操作符处理幂运算
  • 依赖 ActiveSupport 处理时间类型
  • 生成 Ruby 方法或 lambda 表达式

SQL 生成器：

  • 使用 POWER() 函数处理幂运算
  • 使用 PostgreSQL 的原生时间类型
  • 生成可嵌入 SQL 查询的表达式

每个生成器都包含一个前导代码（prelude）系统，用于注入必要的运行时依赖。开发者可以选择是否包含前导代码，这在某些集成场景中非常有用。

时间处理：原生支持与跨平台一致性

时间处理是数据表达式中最复杂也最容易出错的部分之一。Elo 通过原生支持时间类型，彻底解决了这个问题。

时间字面量与操作

Elo 的时间字面量语法直观且符合 ISO8601 标准：

let
  signup = D2024-06-15
in
  TODAY > signup + P30D  # 检查今天是否在注册日期30天后

时间操作符的设计考虑了常见业务场景：

  • + / -：时间与持续时间的加减
  • ...：时间范围（包含两端）
  • in：检查时间点是否在范围内

跨平台时间库抽象

为了确保不同平台间的时间处理一致性，Elo 定义了一个抽象的时间库接口。每个目标语言的实现都需要提供对应的适配器：

  • JavaScript：使用 Luxon 库，通过 DateTime 和 Duration 类
  • Ruby：使用 ActiveSupport，通过 Date、DateTime 和 ActiveSupport::Duration 类
  • SQL：使用 PostgreSQL 的原生时间类型和函数

这种抽象层确保了即使底层实现不同，Elo 表达式的时间语义在所有平台上都是一致的。

工程实践：测试策略与工具链

Elo 项目采用严格的测试驱动开发（TDD）方法，确保编译器的正确性和跨平台一致性。

测试金字塔结构

  1. 单元测试：覆盖解析器、AST 构建、类型推断等基础组件
  2. 集成测试：验证整个编译流程，检查生成的代码语法正确性
  3. 验收测试：在实际的运行时环境中执行生成的代码，验证语义一致性

测试套件包含了数百个测试用例，每个测试用例都会在三个目标平台上运行，确保 “一次编写，到处运行” 的承诺得以实现。

CLI 工具设计

Elo 提供了两个命令行工具，分别面向不同的使用场景：

编译器（eloc）：

# 编译表达式到 JavaScript（默认）
./bin/eloc -e "2 + 3 * 4"

# 编译到 Ruby
./bin/eloc -e "2 + 3 * 4" -t ruby

# 编译到 SQL
./bin/eloc -e "2 + 3 * 4" -t sql

# 包含前导代码
./bin/eloc -e "NOW + PT2H" -t ruby -p

求值器（elo）：

# 直接求值表达式
./bin/elo -e "2 + 3 * 4"
# 输出: 14

# 使用输入数据
./bin/elo -e "_.x + _.y" -d '{"x": 1, "y": 2}'
# 输出: 3

程序化 API

对于需要在应用程序中集成 Elo 的开发者，项目提供了 TypeScript/JavaScript API：

import { compile } from '@enspirit/elo';
import { DateTime, Duration } from 'luxon';

// 编译表达式为可调用函数
const addTen = compile<(x: number) => number>(
  '_ + 10',
  { runtime: { DateTime, Duration } }
);

addTen(5); // => 15

API 设计注重类型安全和运行时依赖注入，避免了全局变量污染，保持了代码的纯净性。

实际应用场景与最佳实践

1. No-Code 工具中的业务规则

在 Klaro Cards 等 No-Code 工具中，Elo 用于定义计算字段、过滤条件和汇总函数：

# 计算含税价格
_.price * 1.21

# 过滤高价值订单
filter(_, fn(o ~> o.total > 1000))

# 周汇总
_.amount when _.date in SOW ... EOW

2. 数据验证与转换

Elo 的模式验证功能非常适合数据清洗和验证场景：

let Product = {
  id: String,
  price: Float(p | p > 0),
  category: String(c | c in ['electronics', 'clothing', 'food'])
} in input |> Product

3. 跨平台查询构建

对于需要在应用程序和数据库层使用相同逻辑的场景，Elo 提供了完美的解决方案：

# 业务逻辑：获取最近30天的活跃用户
let
  cutoff = TODAY - P30D
in
  filter(_, fn(u ~> u.last_login >= cutoff))

这个表达式可以同时用于：

  • 前端：过滤 JavaScript 数组
  • 后端：过滤 Ruby 集合
  • 数据库：生成 SQL WHERE 子句

4. 测试断言语言

在 Webspicy 测试框架中，Elo 可以用作更强大的断言语言：

# 替代原来的简单断言
assert: _.status == 200 and _.body.items.size() > 0

技术挑战与解决方案

挑战 1：语义差异处理

不同编程语言在细节上存在诸多差异，例如：

  • JavaScript 使用 &&、||、!，SQL 使用 AND、OR、NOT
  • 幂运算：JavaScript 用 Math.pow()，Ruby 用 **，SQL 用 POWER()
  • 空值处理：JavaScript 的 null vs SQL 的 NULL

解决方案：在 IR 层使用统一的逻辑操作节点，在代码生成阶段根据目标语言进行转换。

挑战 2：时间处理一致性

不同平台的时间库 API 差异巨大，且时区处理复杂。

解决方案：定义抽象的时间操作接口，为每个平台提供适配器实现，统一时区处理逻辑。

挑战 3：性能优化

编译到 SQL 时需要生成高效的查询表达式。

解决方案：在 IR 层进行表达式优化，如常量折叠、公共子表达式消除，针对 SQL 生成器进行特殊优化。

未来发展方向

根据项目路线图，Elo 语言有几个重要的发展方向：

  1. 关系代数支持：集成 Bmg 关系代数库，支持更复杂的数据转换和查询操作
  2. 扩展标准库：增加更多数据处理函数，特别是针对数组和对象的操作
  3. 性能优化：改进编译器和生成代码的性能
  4. 更多目标平台：考虑支持 Python、Java 等其他流行语言

总结

Elo 语言代表了领域特定语言（DSL）设计的一个成功案例。它通过专注于数据表达式这一特定领域，在简单性、安全性和可移植性之间找到了良好的平衡点。多目标编译架构不仅解决了 No-Code 工具的实际需求，也为其他需要跨平台一致性的场景提供了参考方案。

对于开发者而言，Elo 的价值在于它提供了一种声明式的、类型安全的数据操作方式。对于最终用户而言，Elo 降低了编程门槛，让他们能够用直观的方式表达业务逻辑。随着 No-Code 运动的深入发展，像 Elo 这样的工具语言将在构建更智能、更易用的软件系统中发挥越来越重要的作用。

资料来源：

通过统一类型系统和多阶段编译架构，Elo 证明了即使是看似简单的数据表达式语言，也能通过精心设计实现强大的跨平台能力。这为未来的 DSL 设计提供了宝贵经验：专注于解决特定问题，通过抽象和分层处理复杂性，最终实现简单而强大的用户体验。

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