Haskell 如何在我的LISP中实现宏系统

我正在写我自己的LISP，基于48小时内给自己写一个方案。（代码是。）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的列表，如何实现这一点。这可以简单地在LISP中完成，还是必须在Haskell中实现一些函数

我当前的实现是用Haskell编写的，工作原理大致如下：

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

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.

• 解析输入并将其转换为表达式列表
• 计算表达式并将其替换为单个表达式
• 返回该表达式并打印它

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)

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.

好了，现在谈谈真正的问题。宏不会计算其参数，而是通过将参数“放置”在表单中，将其转换为表达式。返回有效的表达式，该表达式可以作为带引号的列表进行计算或返回。我想通过一个特殊的评估函数来实现这个功能，它只评估宏形式中的符号。然而，如何做到这一点是我难以理解的。正确的解决方案是，我应该通过用参数替换表单中的符号来“简单地”修改表单，但由于Haskell的不变性，这是不可能的

所以，似乎已经用Lisp本身实现了宏。我无法解释Clojure的解决方案，但如果能够做到这一点，感觉比在Haskell中实现要容易一些。我不知道macroexpand1（哪个macroexpand调用）做什么，它是否从Clojure的实现中调用了一些函数？如果是这样，那么我仍然必须在Haskell内部实现它

如果我们看看函数是如何计算的：

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"

eval env（List（op:args））=do
函数IOERROR Expr
apply（Prim func）args=liftToIO$func args
应用（操作函数）参数=函数参数
应用（函数环境参数表单）参数=
大小写长度参数==的长度参数
True->（liftIO$bind env$zip参数参数）
>>=翻转评估表
假->投掷者。努马格斯。toInteger$length参数
应用u u=错误“应用”

因此，如果我想实现一个宏系统，那么我可能会删除参数的求值部分，然后将宏参数绑定到它的参数，并有一个特殊的求值，它只对表单中的每个符号求值，返回一个新表单，该表单中放有参数。这是我无法实现的，我甚至不确定逻辑是否正确

---

我知道这个问题相当广泛，可以更简单地用英语提问“如何在用Haskell编写的LISP实现中实现宏系统

您不需要特殊版本的

apply

。只需调用常规的

apply

，而不计算参数，然后

eval

由

apply
返回的表达式。不，宏不能在Lisp本身中实现，这就是它们的全部要点。作为加载/编译/处理给定表达式的一部分，您必须根据其定义对每个宏调用进行宏扩展

您必须更改
eval
实现，以便对未计算的参数调用宏，并将结果反馈到
eval
（而不是
apply
，就像处理普通函数应用程序一样）。正如注释中的
sepp2k
所建议的，您可以将宏表示为
Func…
表达式，但将它们保存在单独的环境中，其中只存储宏

另请参阅：
您可以尝试阅读计算机程序结构和实现中的解释器实现。您清楚显示的
eval
函数仅适用于默认的求值规则，而不适用于本书所称的特殊表单

正常的Lisp
eval
函数看起来更像这样：

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

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.

eval env expr@（列表）
|isSpecialForm env expr=评估特殊环境expr
|否则=evalApplication env expr
evalApplication env（op:args）=do
功能。。。
--等等。
您可以对参数/args长度不匹配（比出错有趣得多）实现自动咖喱或varargs（处理带有点的arglist）。：）宏如何成为有效的表达式类型？您是否在考虑类似于
宏lambda
？这不是Lisps处理宏的方式（即宏不能传递或存储在变量中）。还是说宏调用是一个表达式？这是真的，但是在他的
Expr
类型中，宏调用已经表示为
List
s，其第一个元素是包含宏名称的
Sym
。@sepp2k的Lisp不需要识别
（defmacro…
表单，才能有宏吗？现在它肯定能识别
（lambda…
，并将它们翻译成
Func…
表达式。他将把
（defmacro…
表格翻译成哪个
Expr
？我认为，另一种方法当然是将整个宏处理推进到实现中。读取
defmacro
表单将改变一些运行时内部，调用
macroexpand-1
将访问这些内部，等等。是的，这也是可能的。不过，它更不适合“在Lisp自身中”实现。应该可以将
defmacro
作为
操作实现。我想这就是
定义
的方式，例如，`已经实现了。
lambda
不能作为
操作实现的原因是它需要关闭环境，但是
defmacro
没有同样的问题。实际上我只是查看了github存储库，OP通过简单地处理
List[Sym“def”，…]来实现
def
和
defn
直接在
eval
功能中。所以我想他会用同样的方法