macros - 使用 `once-only`宏

Question

Practical Common Lisp 第 8 章末尾，Peter Seibel 介绍了once-only 宏。其目的是缓解用户定义宏中变量求值的一些微妙问题。请注意，我现在并不是想了解这个宏是如何工作的，就像其他一些帖子中那样，而是只是想了解如何正确使用它:

(defmacro once-only ((&rest names) &body body)
  (let ((gensyms (loop for n in names collect (gensym))))
    `(let (,@(loop for g in gensyms collect `(,g (gensym))))
      `(let (,,@(loop for g in gensyms for n in names collect ``(,,g ,,n)))
        ,(let (,@(loop for n in names for g in gensyms collect `(,n ,g)))
           ,@body)))))

以下是一个示例(不正确)设计的宏，试图展示几个变量评估问题。它旨在按某个增量迭代一系列整数，返回范围:

(defmacro do-range ((var start stop delta) &body body)
  "Sample macro with faulty variable evaluations."
  `(do ((,var ,start (+ ,var ,delta))
        (limit ,stop))
       ((> ,var limit) (- ,stop ,start))
     ,@body))

例如，(do-range (i 1 15 3) (format t "~A "i)) 应打印 1 4 7 10 13 然后返回14。

问题包括 1) 可能捕获第二次出现的 limit，因为它作为自由变量出现，2) 可能捕获第一次出现的绑定(bind)变量 limit code>，因为它与出现在宏参数中的其他变量一起出现在表达式中，3)乱序求值，因为 delta 将在 stop 之前求值，即使stop 出现在参数列表中的 delta 之前，并且 4) 多个变量求值，因为 stop 和 start 被求值不止一次。据我了解，once-only 应该可以解决这些问题:

(defmacro do-range ((var start stop delta) &body body)
  (once-only (start stop delta limit)
    `(do ((,var ,start (+ ,var ,delta))
          (limit ,stop))
         ((> ,var limit) (- ,stop ,start))
       ,@body)))

但是，(macroexpand '(do-range (i 1 15 3) (format t "~A "i))) 提示 limit 是一个未绑定(bind)的变量。如果我切换到 with-gensyms(它应该只解决上面的问题 1 和 2)，扩展就会顺利进行。

这是once-only宏的问题吗？ once-only 真的能解决上述所有问题(也许还有其他问题)吗？

Answer 1

一次性宏

为了消除 N 未使用的警告，我会将宏更改为:

(defmacro once-only ((&rest names) &body body)
  (let ((gensyms (loop for nil in names collect (gensym))))
                           ; changed N to NIL, NIL is ignored
    `(let (,@(loop for g in gensyms collect `(,g (gensym))))
      `(let (,,@(loop for g in gensyms for n in names collect ``(,,g ,,n)))
        ,(let (,@(loop for n in names for g in gensyms collect `(,n ,g)))
           ,@body)))))

此宏的目的是确保表达式仅按定义的顺序计算一次。为此，它将引入新的未驻留变量，并将评估结果与这些变量绑定(bind)。在宏内部，新变量可用。提供宏本身是为了使编写宏更容易。

在 DO-RANGE 中仅使用一次

您使用ONCE-ONLY的示例:

(defmacro do-range ((var start stop delta) &body body)
  (once-only (start stop delta limit)
    `(do ((,var ,start (+ ,var ,delta))
          (limit ,stop))
         ((> ,var limit) (- ,stop ,start))
         ,@body)))

为什么once-only列表中有LIMIT？ limit 在那里未定义。 LIMIT 在 ONCE-ONLY 形式内部用作符号，但在外部没有绑定(bind)。

ONCE-ONLY 期望名称列表是符号列表，并且这些名称绑定(bind)到表单。在您的情况下 limit 是一个符号，但它是未定义的。

我们需要从名称列表中删除limit:

(defmacro do-range ((var start stop delta) &body body)
  (once-only (start stop delta)
    `(do ((,var ,start (+ ,var ,delta))
          (limit ,stop))
         ((> ,var limit) (- ,stop ,start))
         ,@body)))

现在，如何处理LIMIT？鉴于 once-only 提供了名称绑定(bind)，包括 STOP，我们可以消除符号 LIMIT 并将其使用替换为 ，停止:

(defmacro do-range ((var start stop delta) &body body)
  (once-only (start stop delta)
    `(do ((,var ,start (+ ,var ,delta)))
         ((> ,var ,stop) (- ,stop ,start))
       ,@body)))

示例:

CL-USER 137 > (pprint
               (macroexpand
                '(do-range (i 4 10 2)
                   (print i))))

(LET ((#1=#:G2170 4)
      (#3=#:G2171 10)
      (#2=#:G2172 2))
  (DO ((I #1# (+ I #2#)))
      ((> I #3#) (- #3# #1#))
   (PRINT I)))