将其翻译为 Common Lisp

Question

我一直在阅读 Olin Shivers 的一篇题为 Stylish Lisp programming techniques 的文章，发现那里的第二个示例（标记为“Technique n-1”）有点令人费解。它描述了一个如下所示的自修改宏：

(defun gen-counter macro (x)
       (let ((ans (cadr x)))   
     (rplaca (cdr x)       
         (+ 1 ans))
     ans))

它应该将其调用形式作为参数x（即(gen-counter <some-number>)）。这样做的目的是能够做这样的事情：

> ;this prints out the numbers from 0 to 9.
  (do ((n 0 (gen-counter 1)))
      ((= n 10) t)
    (princ n))
0.1.2.3.4.5.6.7.8.9.T
>

问题是函数名后带有macro 符号的这种语法在Common Lisp 中无效。我一直试图在 Common Lisp 中获得类似的行为，但没有成功。有人可以提供一个 CL 中类似宏的工作示例吗？

Answer 1

普通的 Lisp：

(defmacro gen-counter (&rest x)
  (let ((ans (car x)))   
    (rplaca x (+ 1 ans))
    ans))

但以上仅适用于解释器，不适用于编译器。

使用编译后的代码，宏调用消失了——它被扩展了——没有什么可修改的。

不知情的读者注意：您可能希望非常仔细阅读 Olin Shivers 的论文，并尝试找出他的真正意思...

Answer 2

为什么代码有效

首先，考虑论文中的第一个示例很有用：

> (defun element-generator ()
    (let ((state '(() . (list of elements to be generated)))) ;() sentinel.
      (let ((ans (cadr state)))       ;pick off the first element
        (rplacd state (cddr state))   ;smash the cons
        ans)))
ELEMENT-GENERATOR
> (element-generator)
LIST
> (element-generator)
OF
> (element-generator)

这行得通，因为有 一个 文字列表

(() . (list of elements to be generated)

并且它正在被修改。请注意，这实际上是 Common Lisp 中未定义的行为，但在某些 Common Lisp 实现中您会得到相同的行为。请参阅Unexpected persistence of data 和其他一些相关问题，以讨论此处发生的情况。

在 Common Lisp 中逼近它

现在，你引用的论文和代码实际上有一些关于这段代码在做什么的有用的 cmets：

  (defun gen-counter macro (x)    ;X is the entire form (GEN-COUNTER n)
    (let ((ans (cadr x)))         ;pick the ans out of (gen-counter ans)
      (rplaca (cdr x)             ;increment the (gen-counter ans) form
              (+ 1 ans))
      ans))                       ;return the answer

它的工作方式与&rest 参数不太像Rainer Joswig's answer，而是实际上是&whole 参数，其中整个表单可以绑定到一个变量。这是使用程序的 source 作为被破坏性修改的字面值！现在，在论文中，此示例中使用了它：

> ;this prints out the numbers from 0 to 9.
  (do ((n 0 (gen-counter 1)))
      ((= n 10) t)
    (princ n))
0.1.2.3.4.5.6.7.8.9.T

但是，在 Common Lisp 中，我们希望宏只被扩展一次。也就是说，我们希望(gen-counter 1) 被一些代码替换。不过，我们仍然可以生成一段这样的代码：

(defmacro make-counter (&whole form initial-value)
  (declare (ignore initial-value))
  (let ((text (gensym (string 'text-))))
    `(let ((,text ',form))
       (incf (second ,text)))))

CL-USER> (macroexpand '(make-counter 3))
(LET ((#:TEXT-1002 '(MAKE-COUNTER 3)))
  (INCF (SECOND #:TEXT-1002)))

然后我们可以用do重新创建示例

CL-USER> (do ((n 0 (make-counter 1)))
             ((= n 10) t)
           (princ n))
023456789

当然，这是未定义的行为，因为它正在修改文字数据。它不适用于所有 Lisps（上面的运行来自 CCL；它在 SBCL 中不起作用）。

但不要错过重点

整篇文章有点意思，但要知道这也是个笑话。它指出您可以在不编译代码的评估器中做一些有趣的事情。主要是讽刺指出 Lisp 系统在评估和编译时具有不同行为的不一致性。注意最后一段：

一些短视的人会指出，这些编程 技术，当然值得称赞的是它们提高了清晰度和 效率，编译代码会失败。可悲的是，这是真的。至少 上述两种技术将使大多数编译器进入无限 环形。但众所周知，大多数 lisp 编译器不会 实现完整的 lisp 语义——例如动态范围。这 只是编译器未能保留语义的另一种情况 正确性。 编译器实现者的任务仍然是 调整他的系统以正确实现源语言，而不是 比用户诉诸丑陋、危险、不便携、不健壮 ``hacks'' 以便围绕有缺陷的编译器进行编程。

我希望这能让我们深入了解干净、优雅的本质 Lisp 编程技术。

——奥林颤抖