Question

我正在写自己的LISP，基于48小时内自己写一个方案。（代码是here。）作为最后一个练习，我想实现宏。考虑到我将表达式表示为不可变数据类型列表，如何做到这一点。这可以简单地在LISP本身中完成，还是必须在Haskell中实现某些功能？

我目前的实现是用Haskell编写的，几乎是这样的：

解析输入并将其转换为表达式列表
评估表达式并将其替换为单个表达式
返回该表达并打印

表达式在Haskell中表示如下：

data Expr
  = Sym String
  | List [Expr]
  | Num Int
  | Str String
  | Bool Bool
  | Func Env [String] Expr
  | Prim ([Expr] -> ErrorOr Expr)
  | Action ([Expr] -> IOErrorOr Expr)

好吧，现在到了真正的问题。宏不会评估其参数，而是通过在表单中“放置”参数来转换为表达式。返回可以作为带引号的列表进行评估或返回的有效表达式。我想通过一个特殊的评估函数来实现它，它只评估宏形式的符号。如何才能实现这一点，这是我对问题的理解。正确的解决方案感觉我应该“简单地”通过用参数替换其中的符号来修改表单，但由于Haskell的不变性，这是不可能的。

所以，Clojure似乎已经在Lisp本身实现了宏。我无法解释Clojure的解决方案，但如果可以做到这一点，感觉就像在Haskell中做起来要容易一些。我不知道macroexpand1（macroexpand调用）做了什么，它是否从Clojure的实现中调用了一些函数？如果是这样，那么我仍然需要在Haskell中实现它。

如果我们看看如何评估函数：

eval env (List (op:args)) = do
  func <- eval env op
  args <- mapM (eval env) args
  apply func args

apply :: Expr -> [Expr] -> IOErrorOr Expr
apply (Prim func) args = liftToIO $ func args
apply (Action func) args = func args
apply (Func env params form) args =
  case length params == length args of
    True -> (liftIO $ bind env $ zip params args)
        >>= flip eval form
    False -> throwError . NumArgs . toInteger $ length params
apply _ _ = error "apply"

所以，如果我想实现一个宏系统，那么我可能会删除参数的评估部分，然后将宏参数绑定到它的参数，并有一个特殊的eval，它只计算表单中的每个符号，返回一个将新参数放入其中的新表单。这是我无法实现的，我甚至不确定逻辑是否正确。

我理解这个问题非常广泛，可能更简单地问“我如何在用Haskell编写的LISP实现中实现宏系统

Answer 1

不，在Lisp本身中无法实现宏，这是他们的全部观点。作为加载/编译/处理给定表达式的一部分，您必须根据其定义宏扩展每个宏调用。

您必须更改eval实现以在未评估的参数上调用宏，并将结果反馈回eval（而不是apply，就像处理正常的函数应用程序一样）。正如评论中sepp2k所建议的那样，您将宏表示为Func...表达式，但将它们保存在一个单独的环境中，只存储宏。

另见：Lazy Evaluation vs Macros

Answer 2

您可以尝试阅读计算机程序的结构和实现中的解释器实现。您显示的eval功能仅适用于默认评估规则，而不适用于本书所称的特殊表单。

正常的Lisp eval函数看起来更像是这样：

eval env expr@(List _)
    | isSpecialForm env expr = evalSpecial env expr
    | otherwise = evalApplication env expr

evalApplication env (op:args) = do
  func <- eval env op
  args <- mapM (eval env) args
  apply func args

evalSpecial env expr@(List (op:args))
    | isMacro env op = eval env (macroExpand env expr)
    | otherwise = case op of
                    "lambda" -> ...
                    "if" -> ...
                    -- etc.

Answer 3

您不需要特殊版本的apply。只需调用常规apply而不评估参数，然后调用eval apply返回的表达式。

如何将宏系统实现到我的LISP中

3 个答案: