clisp 记录：3. 求值和编译

3.1. 求值（Evaluation） [sec_3-1]

原文见：https://clisp.sourceforge.io/impnotes/evaluation.html

3.1.1. 环境介绍（Introduction to Environments） [sec_3-1-1]

宏 EXT:THE-ENVIRONMENT. 就像 Scheme 中的, 这个宏 (EXT:THE-ENVIRONMENT) 返回当前的lexical environment. 这个只能用于解释的代码，不能编译!

函数 (EXT:EVAL-ENV form &OPTIONAL environment). 在给定的lexical environment 中对一个结构求值, 就像这个结构是环境 environment 所在程序的一部分.

3.1.2. 符号作为结构（Symbols as Forms） [sec_3-1-2-1-1]

3.1.2.1. 宏 DEFINE-SYMBOL-MACRO

宏 DEFINE-SYMBOL-MACRO 定义全局作用域的 SYMBOL-MACRO (与 SYMBOL-MACROLET 定义的局部作用域的 SYMBOL-MACRO 对立).

函数 EXT:SYMBOL-MACRO-EXPAND 测试一个SYMBOL-MACRO: 如果 symbol 定义为一个全局环境中的SYMBOL-MACRO , (EXT:SYMBOL-MACRO-EXPANDsymbol) 返回两个值, T 以及它的展开形式; 否则返回 NIL.

EXT:SYMBOL-MACRO-EXPAND 是MACROEXPAND-1 的一个特例. MACROEXPAND-1 也可以测试一个 SYMBOL-MACRO 是定义在 lexical environment 还是 global environment.

3.1.2.2. 动态变量（Dynamic Variables） [sec_3-1-2-1-1-2]

“Undefined variables”, 换句话说引用外部任何词法绑定的没有声明SPECIAL 的同名变量都, 都被当作是全局环境中的 dynamic variable. 编译器会在遇上未定义变量时发出一个 WARNING 警告.

3.1.3. 序对作为结构（Conses as Forms） [sec_3-1-2-1-2]

这个 ((SETFsymbol) ...) 结构的列表被当作是函数结构. 这使得语法(function-name arguments ...) 和语法(FUNCALL #'function-namearguments ...) 保持一致. 它实现了 [ANSI CL standard] 的条款7 FUNCTION-NAME:LARGE 问题以及 function form 的定义, 并且和 Common Lisp 其他地方的函数名的使用不冲突. 

3.1.4. 特殊结构（Special Forms） [sec_3-1-2-1-2-1]

3.1.4.1. 特殊操作符 EVAL-WHEN

EVAL-WHEN 也接受(NOT EVAL) 和 (NOT COMPILE).

警告

这里的 EVAL, LOAD 和 COMPILE 情况是 [ANSI CL standard] 反对的, 并且他们和新的标准 :EXECUTE, :LOAD-TOPLEVEL and :COMPILE-TOPLEVEL 不等价，后者忽略top-level form 和 non-top-level form 的差异.

3.1.4.2. 特殊操作符 THE

这个特殊的结构 (THEvalue-type form) 类似于CHECK-TYPE 但是只在解释的代码中做类型检查 (编译的代码不会进行类型检查 - 但是见EXT:ETHE 宏) 并且不允许用户的交互式错误修正行为.

3.1.5. 函数结构（Function Forms） [sec_3-1-2-1-2-3]

不变的 LAMBDA-LIST-KEYWORDS. (&OPTIONAL&REST &KEY &ALLOW-OTHER-KEYS &AUX &BODY &WHOLE &ENVIRONMENT)

3.1.5.1. 函数 SYMBOL-FUNCTION

(SETF (SYMBOL-FUNCTIONsymbol) object) 需要object 是一个 FUNCTION, 一个 SYMBOL-FUNCTION 返回值, 或者一个 lambda expression. 这个 lambda expression 直接转换为 FUNCTION.

3.1.6. 宏 DEFUN & DEFMACRO

DEFUN 和DEFMACRO 允许出现在非顶层位置. 比如, 细想以前旧的 ([CLtL1])GENSYM 定义:

(let ((gensym-prefix "G")
      (gensym-count 1))
  (defun gensym (&optional (x nil s))
    (when s
      (cond ((stringp x) (setq gensym-prefix x))
            ((integerp x)
             (if (minusp x)
               (error "~S: index ~S is negative" 'gensym x)
               (setq gensym-count x)))
            (t (error "~S: argument ~S of wrong type" 'gensym x))))
    (prog1
      (make-symbol
        (concatenate 'string
          gensym-prefix
          (write-to-string gensym-count :base 10 :radix nil)))
      (incf gensym-count))))

也见 Section 3.2.2.2, “Minimal Compilation ”.

函数 EXT:ARGLIST. 函数 (EXT:ARGLISTname) 返回 name 指定的函数或宏的 lambda list 并且在 name 没有被 FBOUNDP 时发出一个 ERROR. 当这个宏 lambda list 由于编译器的最优化设置不可用时也会发出一个 ERROR  (见 Section 3.3.6, “Declaration SPACE”).

变量 CUSTOM:*SUPPRESS-CHECK-REDEFINITION*. 当 CUSTOM:*SUPPRESS-CHECK-REDEFINITION* 是 NIL,当一个函数 (宏, 变量, 类, 等等)除了最初的定义在其他文件中被重复定义时， CLISP 发出一个 WARNING . 把这个变量设置为 T 不是一个好主意.

变量 CUSTOM:*DEFUN-ACCEPT-SPECIALIZED-LAMBDA-LIST*. 当CUSTOM:*DEFUN-ACCEPT-SPECIALIZED-LAMBDA-LIST* 不是 NIL, DEFUN 接受 specialized lambda lists, 把类型参数关联转换为类型声明:

(defun f ((x list) (y integer)) ...)

等价于

(defun f (x y) (declare (type list x) (type integer y)) ...)

这个扩展被 -ansi 和设置CUSTOM:*ANSI* 为 T禁用, 但是可以通过设置 CUSTOM:*DEFUN-ACCEPT-SPECIALIZED-LAMBDA-LIST* 再次启用.

 

3.2. 编译

原文见：https://clisp.sourceforge.io/impnotes/compilation.html

3.2.1. 编译器术语（Compiler Terminology）

CLISP 编译为平台相关的字节码bytecode.

3.2.1.1. 即时本地编译（Just-In-Time Native Compilation）

平台依赖: 仅限带GNUlightning 构建的 CLISP

编译为带有优化级别

(OR (>= 0 SPACE) (<= 1 SPEED))


(被 COMPILE, COMPILE-FILE, 或 (COMPILE) 编译) 字节码的代码会被 GNUlightning 即时 (换句话说, 在第一次执行时) 编译为本地代码.

3.2.2. 编译语义（Compilation Semantics）

3.2.2.1. 编译器宏（Compiler Macros）

编译器的宏只在编译的代码中展开, 会被解释器所忽略.

3.2.2.2. 最小编译（Minimal Compilation）

当一个 DEFUN 结构被求值了, 在这里的宏会被展开, 所以它们必须是已经定义了的, 并且它们的(重)定义不会影响到已经定义的函数.

这个意味着解释的代码是在 CLISP 中最小编译的.

3.2.2.3. 语义限制（Semantic Constraints）

不遵守以下规则

“Special proclamations for dynamic variables must be made in the compilation environment.”

“动态变量的特殊声明必须在编译环境中”

的代码可能产生无法预料的结果, e.g., 编译的和解释的代码中可观测的区别:

(defun adder-c (value) (declare (COMPILE)) (lambda (x) (+ x value)))
⇒ ADDER-C    ; compiled function; value is lexical
(defun adder-i (value) (lambda (x) (+ x value)))
⇒ ADDER-I    ; interpreted function; value is lexical
(defparameter add-c-10 (adder-c 10))
⇒ ADD-C-10    ; compiled function
(defparameter add-i-10 (adder-i 10))
⇒ ADD-I-10    ; interpreted function
(funcall add-c-10 32)
⇒ 42    ; as expected
(funcall add-i-10 32)
⇒ 42    ; as expected
(defvar value 12)
⇒ VALUE    ; affects ADDER-I and ADD-I-10 but not ADDER-C and ADD-C-10
(funcall add-c-10 32)
⇒ 42    ; as before
(funcall add-i-10 32)
⇒ 44    ; value is now dynamic!


非一致性. 这个代码展示了在执行环境中变量 value (在最后两个FUNCALL 前)有一个 SPECIAL 声明 (通过 DEFVAR) 但是在编译环境中没有: 这个时候 ADDER-I 函数是定义两, value 不会被认为是 SPECIAL 变量. 因此这个代码是不一致的.

原理

函数 ADD-C-10 在 value 被声明为SPECIAL 之前被编译了，所以符号 value 从代码里被消除并且这个SPECIAL 声明不会影响到返回值 (换句话说, (funcall add-c-10 32) 总是返回32).

相反的, 函数 ADDER-I 没有被编译, 所以 ADD-I-10 被解释. 无论何时 ADD-I-10 被执行, 它的定义会再从头解释一遍. 在DEFVAR 之前， value 作为一个词法变量求值 (因为还没有被声明为SPECIAL ), 但是在 DEFVAR 之后, 我们看到一个全局的 SPECIAL 符号 value ，它只能有一个全局的SYMBOL-VALUE (不是一个本地绑定), 所以我们不得不把它求值为12.

这个行为是故意实现为这样以便交互式开发, 因为通常上述 ADDER-I 会跟随着 (forgotten)DEFVAR.

当一个用户编译了一个程序, 编译器被允许记住一个变量是否为 SPECIAL , 因为这样可以让编译器去生成更有效的代码, 但是在解释的代码里, 当用户去改变这个变量的状态, 他不想为使用这个变量再重新求值DEFUN.

[ANSI CL standard] 关于解释的代码求值给了实现的自由, 它想去记住或缓存多少, 还有如果它改变了，根据当前的环境它想去重复求值多少.CLISP 为变量实现了ad-hoc look-up (但是没有为宏实现, 见 Section 3.2.2.2, “Minimal Compilation ”).

3.2.3. 定义的相似性（Definition of Similarity）

哈希表是可以序列化的对象.

3.2.4. 编译器中的例外的位置（Situations in the Compiler）

不管是 COMPILE 还是 EVAL 都可能发出来自于 PROGRAM-ERROR 的、包含额外槽和访问器函数的  EXT:SOURCE-PROGRAM-ERROR状态

EXT:SOURCE-PROGRAM-ERROR-FORM

返回报出错误的整个结构

EXT:SOURCE-PROGRAM-ERROR-DETAIL

返回触发错误的具体（通常是短小的）部分

3.3. 声明（Declarations）

原文见：https://clisp.sourceforge.io/impnotes/declarations.html

声明 (TYPEtype variable ...),(FTYPEtype function ...), 都会被解释器和编译器所忽略.

3.3.1. 声明 SPECIAL

声明 EXT:NOTSPECIAL. 声明 (PROCLAIM '(SPECIALvariable)) 和 DEFCONSTANT 可以被 (PROCLAIM '(EXT:NOTSPECIALvariable)) 声明撤销. 这个声明只在全局的 PROCLAIM 和 DECLAIM 结构总可以被使用, 而不是在局部的 DECLARE 结构.

警告

你不能期望奇迹: 在 EXT:NOTSPECIAL 声明之前编译的函数会出问题，会一直认为 variable 是特殊变量甚至在 EXT:NOTSPECIAL 声明后. 也见 Section 3.2.2.3, “Semantic Constraints ”.

函数 EXT:SPECIAL-VARIABLE-P. 你可以使用函数 (EXT:SPECIAL-VARIABLE-Psymbol &OPTIONAL environment) 去检查symbol 是否为一个自由变量. environment 是NIL 或者没有提供意味着试用全局的environment. 你可以通过宏 EXT:THE-ENVIRONMENT (仅限解释的代码) 来或者当前的词法环境. 对于全局特殊变量和常量，这个函数总是会返回T .

3.3.2. 声明 EXT:CONSTANT-NOTINLINE

常量通过 DEFCONSTANT 定义，但是通过 EXT:CONSTANT-NOTINLINE 公告的会被编译器内联. 这个有利于保存常量在单个进程中，但是可能在进程间或机器间发生变化的 (例如字节顺序和字大小) 的变量 所以它们应该被作为符号而不是值写到#P".fas" 中.

3.3.3. 函数 CONSTANTP

函数 CONSTANTP 完全遵从 [ANSI CL standard]. 另外, 一些有意义的结构也被认为是常量, 例如, (CONSTANTP '(+ 1 2 3)) 返回 T.

警告

因为 DEFCONSTANT 初始化值结构不是在编译时求值,对于null的词法环境, 在相同的编译单元中CONSTANTP 不会报告 T of their name . 这是不矛盾的并且可以使用 (IF (CONSTANTPform) (EVALform)) 来匹配有疑问的代码. 如果你需要在编译时识别并取值，应该使用EVAL-WHEN . 也见 Section 31.11.5, “Macro EXT:COMPILE-TIME-VALUE”.

3.3.4. 声明 SAFETY

声明 (OPTIMIZE (SAFETY 3)) 发生在 “安全”的编译的代码中: 函数调用从来不会消除. 这个确保在[sec_3-5] 中描述的语义。

3.3.5. 声明 (COMPILE)

这个 (COMPILE) 声明导致当前的结构在执行前被编译. 例如:

(LOCALLY (DECLARE (compile)) form)

执行 form 的编译版本.

(LET ((x 0))
  (FLET ((inc () (DECLARE (compile)) (INCF x))
         (dec () (DECF x)))
    (VALUES #'inc #'dec)))

返回两个函数. 第一个是编译的，增加 x, 第二个是解释的 (更慢一些) 减少同样的x.

这个声明也可以用于命名编译后的闭包:

(LAMBDA (x) (DECLARE (compile ident)) x)
⇒ #<COMPILED-FUNCTION IDENT>
(FUNCTION-LAMBDA-EXPRESSION *)
⇒ NIL    ; source is not preserved
⇒ T
⇒ IDENT
(FBOUNDP 'ident)
⇒ NIL    ; sic!

注意

这个声明 (COMPILE) 被一下特殊操作符忽略:

LABELS
FLET
MACROLET

3.3.6. 声明 SPACE

这个声明决定了哪些元数据保存在函数对象中:

SPACE>= 2

文档字符串被丢弃

SPACE>= 3

起初的lambda也被丢弃 (大部分信息还是可用, 见 DESCRIBE, 但是参数的名字不可用).

3.4. Lambda Lists

原文见: https://clisp.sourceforge.io/impnotes/lalist.html

3.4.1. Boa Lambda Lists [sec_3-4-6]

在一个boa lambda列表中的一个 &AUX 变量初始值是对应槽的初始结构的值.