Question

为什么Common Lisp中存在函数/宏二分法？

允许同一名称同时代表一个宏（在编译/评估时在函数位置找到优先级）和一个函数（例如用mapcar可用）时会出现什么逻辑问题？

例如，将second定义为宏和函数将允许使用

(setf (second x) 42)

和

(mapcar #'second L)

无需创建任何setf诡计。

当然很明显，宏可以做的不仅仅是函数，所以类比不能完整（我当然不认为每个宏也是一个函数），但为什么禁止它呢？通过在可能有用的时候共享一个命名空间？

我希望我不会冒犯任何人，但我真的没有找到“为什么这样做？”回应真的很相关...我在寻找为什么这是一个坏主意。施加任意限制，因为没有很好的用途是IMO有点傲慢（有点假设完美的远见）。

或者允许它存在实际问题吗？

Answer 1

宏和函数是两个非常不同的东西：

宏正在使用源（!!!）代码并生成新的源代码（!!!）
函数是参数化代码块。

现在我们可以从几个角度来看这个问题，例如：

a）我们如何设计一种语言，其中功能和宏可以清晰识别，并且在我们的源代码中看起来不同，所以我们（人类）可以很容易地看到什么是什么？

或

b）我们如何以最有用的方式混合宏和函数，并拥有控制其行为的最有用的规则？对于用户来说，使用宏或函数应该没有区别。

我们真的需要说服自己b）是要走的路，我们想要使用一种语言，其中宏和函数的使用看起来是一样的，并且按照类似的原则工作。乘船和汽车。他们看起来不一样，他们的用例大多不同，他们运送人 - 我们现在应该确保他们的交通规则大部分是相同的，我们应该使它们不同，还是我们应该为他们的特殊用途设计规则？

对于函数，我们遇到的问题包括：定义函数，函数范围，函数的生命周期，传递函数，返回函数，调用函数，函数的阴影，函数的扩展，删除函数的定义，编译和功能解释，......

如果我们要让宏看起来与函数大致相似，我们需要解决大部分或全部上述问题。

在您的示例中，您提到了一个SETF表单。 SETF是一个宏，它在宏扩展时分析封闭的表单并为setter生成代码。这与SECOND是否为宏无关。在这种情况下，将SECOND作为宏将无济于事。

那么，问题的例子是什么？

(defmacro foo (a b)
  (if (and (numberp b) (zerop b))
      a
    `(- ,a ,b)))

(defun bar (x list)
  (mapcar #'foo (list x x x x) '(1 2 3 4)))

那该怎么办？直观地看起来很容易：在列表上映射FOO。但事实并非如此。当Common Lisp被设计出来时，我猜，不清楚应该做什么以及它应该如何工作。如果FOO是一个函数，那么很明显：Common Lisp将来自Scheme的思想置于词法范围的第一类函数之后并将其集成到语言中。

但是一流的宏？在Common Lisp的设计之后，一系列研究进入了这个问题并进行了调查。但是在Common Lisp的设计时，没有广泛使用的一流宏，也没有设计方法的经验。 Common Lisp正在标准化当时已知的内容以及用户认为开发所需的语言（对象系统CLOS是一种新颖的，基于早期使用类似对象系统的经验）的软件。 Common Lisp并不是为了拥有理论上最令人愉悦的Lisp方言而设计的 - 它被设计成具有强大的Lisp，可以高效地实现软件。

我们可以解决这个问题并说，传递宏是不可能的。开发人员必须提供一个名称相同的函数，我们会传递它。

但是(funcall #'foo 1 2)和(foo 1 2)会调用不同的机器吗？在第一种情况下，函数foo，在第二种情况下，我们使用宏foo为我们生成代码？真？我们（作为人类程序员）是否想要这个？我认为不是 - 看起来它使编程变得更加复杂。

从实用的角度来看：宏及其背后的机制已经足够复杂，以至于大多数程序员在实际代码中处理它时遇到了困难。它们使得调试和代码理解对于人类来说更加困难。从表面上看，宏使代码更容易阅读，但价格是需要理解代码扩展过程和结果。寻找进一步将宏集成到语言设计中的方法并非易事。

readscheme.org对宏相关研究提出了一些建议。方案：Macros

Common Lisp

怎么样？

Common Lisp提供的函数可以是第一类（存储，传递，...）和词法范围命名（DEFUN，FLET，LABELS，{{ 1}}，FUNCTION）。

Common Lisp提供全局宏（LAMBDA）和本地宏（DEFMACRO）。

Common Lisp提供全局compiler macros（DEFINE-COMPILER-MACRO）。

使用编译器宏，可以为符号和编译器宏提供函数或宏。 Lisp系统可以决定在宏或函数上优先使用编译器宏。它也可以完全忽略它们。此机制主要用于用户编程特定的优化。因此，它没有解决任何与宏相关的问题，但提供了一种编程全局优化的实用方法。

Answer 2

我认为Common Lisp的两个名称空间（函数和值），而不是三个（宏，函数和值），是一种历史偶然性。

Early Lisps（在20世纪60年代）以不同的方式表示函数和值：值作为运行时堆栈上的绑定，以及作为附加到符号表中的符号的属性的函数。当Common Lisp在20世纪80年代被标准化时，这种实现的差异导致了两个命名空间的规范。有关此决定的解释，请参阅Richard Gabriel的论文Technical Issues of Separation in Function Cells and Value Cells。

宏（及其祖先，FEXPRs，不评估其参数的函数）以与函数相同的方式存储在符号表中的许多Lisp实现中。如果已经指定了第三个命名空间（用于宏），那么这些实现会很不方便，并且会导致许多程序出现向后兼容性问题。

有关FEXPR，宏和其他特殊形式的历史，请参阅Kent Pitman的论文Special Forms in Lisp。

（注意：Kent Pitman的网站不适合我，因此我通过archive.org链接到论文。）

Answer 3

因为完全相同的名称将代表两个不同的对象，具体取决于上下文。它使程序不必要地难以理解。

Answer 4

我的TXR Lisp方言允许符号同时成为宏和函数。而且，某些特殊运算符还具有功能支持。

我对设计进行了一些思考，但没有遇到任何问题。它效果很好，从概念上讲也很干净。

由于历史原因，常见的Lisp就是这样。

这里是系统的简要概述：

为带有X的符号defmacro定义了全局宏时，符号X不会变为fboundp。相反，变成fboundp的是复合函数名称(macro X)。
然后(macro X)，symbol-function和其他情况下都知道名称trace。 (symbol-function '(macro X))检索采用形式和环境的两参数扩展器功能。
可以使用(defun (macro X) (form env) ...)编写宏。
没有编译器宏；常规宏完成了编译器宏的工作。
常规宏可以返回未扩展形式，以表示它正在拒绝扩展。如果词汇macrolet拒绝扩展，则机会将转到词汇更外部的macrolet，依此类推，直到全局defmacro。如果全局defmacro拒绝扩展，则该形式被视为扩展，因此必然是函数调用或特殊形式。
如果我们同时拥有一个称为X的函数和宏，则可以使用(call (fun X) ...)或(call 'X ...)调用函数定义，或者使用Lisp-1-style { {1}}评估程序dwim几乎总是通过其(dwim X ...)语法糖作为[]使用。
出于某种完整性，提供了功能[X ...]，mboundp和mmakunbound，它们是symbol-macro，fboundp的宏类似物和fmakunbound。
特殊运算符symbol-function，or，and和其他一些运算符也具有函数定义，因此可以使用类似if的代码。

示例：对[mapcar or '(nil 2 t) '(1 0 3)] -> (1 2 t)进行固定折叠：

sqrt

但是，没有通过1> (sqrt 4.0) 2.0 2> (defmacro sqrt (x :env e :form f) (if (constantp x e) (sqrt x) f)) ** warning: (expr-2:1) defmacro: defining sqrt, which is also a built-in defun sqrt 3> (sqrt 4.0) 2.0 4> (macroexpand '(sqrt 4.0)) 2.0 5> (macroexpand '(sqrt x)) (sqrt x)的宏定义来实现(set (second x) 42)。那不会很好。主要原因是这将是太多负担。对于给定的功能，程序员可能希望拥有一个与实现分配语义无关的宏定义！

此外，如果second实现了场所语义，那么当它不嵌入在赋值操作中时会发生什么，从而根本不需要语义？基本上，要满足所有要求，就需要制定一种方案来编写宏，该宏的复杂性将等于或超过用于处理位置的现有逻辑。

实际上，TXR Lisp具有一种称为“位置宏”的特殊宏。表单仅用作场所时，才被识别为场所宏调用。但是，位置宏本身并不实现位置语义。他们只是简单地重写。位置宏必须向下扩展为可识别为位置的形式。

示例：指定(second x)在用作场所时的行为类似于(foo x)：

(car x)

如果1> (define-place-macro foo (x) ^(car ,x)) foo 2> (macroexpand '(foo a)) ;; not a macro! (foo a) 3> (macroexpand '(set (foo a) 42)) ;; just a place macro (sys:rplaca a 42)扩展到某个地方以外的地方，则失败：

foo

为什么功能/宏观二分法？

4 个答案: