Question

我正在开发DSL，并且在扩展宏时我遇到了“免费术语”失败。我想知道是否可以避免。我已将问题简化为以下情况。

假设我们有这个表达式：

val list = join {
  0
  1
  2
  3
}
println(list)

其中join是一个宏，其实现是：

def join(c: Ctx)(a: c.Expr[Int]): c.Expr[List[Int]] = {
  import c.mirror._
  a.tree match {
    case Block(list, ret) =>
      // c.reify(List(new c.Expr(list(0)).eval, 
      //              new c.Expr(list(1)).eval,
      //              new c.Expr(list(2)).eval) :+ new c.Expr(ret).eval)
      c.reify((for (expr <- list) yield new c.Expr(expr).eval) :+ new c.Expr(ret).eval)
  }
}

宏的目的是连接参数块中的所有元素并将它们返回到单个列表中。由于块的内容可以是变量，我不能使用注释的reify（这很好用）。未注释的 - 用于理解，生成免费术语 - 抛出信息：

“宏扩展包含由Macros.scala中的连接定义的自由项变量列表：48：18。在将此变量拼接成reifee时，您是否忘记使用eval？如果您有跟踪自由项变量的麻烦，请考虑使用-Xlog-free-terms“

有没有办法在不出现此错误的情况下引入for-comprehension（或迭代器或其他）？顺便说一句，我使用的是2.10-M3。

Answer 1

问题在于您的代码混合了编译时和运行时概念。

您正在使用的“list”变量是一个编译时值（即它应该在编译时迭代），并且您要求Reify将其保留到运行时（通过拼接派生值））。这个跨阶段的难题导致了所谓的免费术语的产生。

简而言之，免费术语是指从早期阶段的值引用的存根。例如，以下代码段：

val x = 2
reify(x)

编译如下：

val free$x1 = newFreeTerm("x", staticClass("scala.Int").asTypeConstructor, x);
Ident(free$x1)

聪明，嗯？结果保留了x是一个Ident的事实，它保留了它的类型（编译时特性），但是，它也引用了它的值（运行时特性）。这可以通过词法范围来实现。

但是如果你试图从宏扩展（内联到宏的调用站点）返回这个树，事情就会爆发。宏的调用站点很可能在其词法范围内没有x，因此它无法引用x的值。

更糟糕的是什么。如果上面的代码段写在宏中，则x仅在编译时存在，即在运行编译器的JVM中。但是当编译器终止时，它就消失了。

但是，包含对x的引用的宏扩展的结果应该在运行时运行（很可能在不同的JVM中）。要理解这一点，您需要跨阶段持久性，即以某种方式序列化任意编译时值并在运行时反序列化它们的能力。我不知道如何用像Scala这样的编译语言来做这件事。

请注意，在某些情况下，可以进行跨阶段持久化。例如，如果x是静态对象的字段：

object Foo { val x = 2 }
import Foo._
reify(x)

然后它不会以免费术语结束，而是以直截了当的方式实现：

Select(Ident(staticModule("Foo")), newTermName("x"))

这是一个有趣的概念，SPJ在2012年斯卡拉日的演讲中也讨论了这个概念：http://skillsmatter.com/podcast/scala/haskell-cloud。

为了验证某些表达式不包含自由项，在Haskell中，它们将新的内置原语添加到编译器Static类型构造函数中。使用宏，我们可以通过使用reify（它本身只是一个宏）自然地做到这一点。请参阅此处的讨论：https://groups.google.com/forum/#!topic/scala-internals/-42PWNkQJNA。

好的，现在我们已经看到了原始代码的确切问题，那么我们如何才能使它工作？

不幸的是，我们将不得不回到手动AST构建，因为reify很难表达动态树。在宏观编译中实现reify的理想用例是使用静态模板，其中包含在宏编译时已知的孔的类型。退一步 - 你必须手工建造树木。

底线是您必须使用以下内容（适用于最近发布的2.10.0-M4，请参阅scala语言的迁移指南以查看确切更改的内容：http://groups.google.com/group/scala-language/browse_thread/thread/bf079865ad42249c）：

import scala.reflect.makro.Context

object Macros {
  def join_impl(c: Context)(a: c.Expr[Int]): c.Expr[List[Int]] = {
    import c.universe._
    import definitions._
    a.tree match {
      case Block(list, ret) =>
        c.Expr((list :+ ret).foldRight(Ident(NilModule): Tree)((el, acc) => 
          Apply(Select(acc, newTermName("$colon$colon")), List(el))))
    }
  }

  def join(a: Int): List[Int] = macro join_impl
}

可以避免这种自由变量误差（在宏观扩张时产生）吗？

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