Scheme：返回另一个内部过程的过程

Posted 2023-03-15

【中文标题】Scheme：返回另一个内部过程的过程

【英文标题】：Scheme: Procedures that return another inner procedure

【发布时间】：2012-09-11 20:47:46

【问题描述】：

我相信你们中的许多人都熟悉这本 SICP 书。这是本书中的一个早期示例，但我觉得一个非常重要的概念，我还无法理解。这里是：

(define (cons x y)
 (define (dispatch m)
   (cond ((= m 0) x)
         ((= m 1) y)
         (else (error "Argument not 0 or 1 - CONS" m))))
 dispatch)
(define (car z) (z 0))
(define (cdr z) (z 1))

所以在这里我知道car 和cdr 是在cons 的范围内定义的，我知道它们将一些参数z 分别映射到1 和0（参数z 是一些@ 987654327@)。但是假设我调用(cons 3 4)...当我们立即进入这个内部过程dispatch 时，如何评估参数3 和4，它需要一些我们尚未指定的参数m？而且，也许更重要的是，返回 'dispatch 有什么意义？我根本不明白那部分。任何帮助表示赞赏，谢谢！

【参考方案1】：

这是在 Scheme 中利用一等函数的最奇怪的（也可能是更精彩的）示例之一。 Little Schemer 中也有类似的东西，这是我第一次看到它的地方，我记得为它挠了好几天头。让我看看我是否可以用有意义的方式解释它，但如果不清楚，我深表歉意。

我假设您理解原语 cons、car 和 cdr，因为它们已经在 Scheme 中实现，但只是提醒您：cons 构造一对，car 选择第一个组件该对并返回它，cdr 选择第二个组件并返回它。以下是使用这些函数的简单示例：

> (cons 1 2)
(1 . 2)
> (car (cons 1 2))
1
> (cdr (cons 1 2))
2

您粘贴的cons、car 和cdr 版本的行为方式应该完全相同。我会试着告诉你怎么做。

首先，car和cdr没有定义在cons的范围内。在您的代码 sn-p 中，所有三个（cons、car 和 cdr）都在顶层定义。函数dispatch 是唯一在cons 中定义的函数。

函数cons 接受两个参数并返回一个参数的函数。重要的是这两个参数对内部函数dispatch 是可见的，这就是返回的内容。稍后我会讲到。

正如我在提醒中所说，cons 构造了一对。这个版本的cons 应该做同样的事情，但是它返回一个函数！没关系，我们并不关心这对是如何在内存中实现或布局的，只要我们能够了解第一个和第二个组件即可。

因此，对于这个基于函数的新对，我们需要能够调用car 并将该对作为参数传递，并获取第一个组件。在car 的定义中，这个参数称为z。如果您要使用这些新的cons、car 和cdr 函数执行我上面的相同REPL 会话，car 中的参数z 将绑定到基于函数的对，即cons 返回的是 dispatch。这很令人困惑，但仔细考虑一下就会明白。

基于car的实现，它似乎是接受一个参数的函数，并将其应用于数字0。所以它将dispatch 应用到0，从dispatch 的定义可以看出，这就是我们想要的。里面的cond 将m 与0 和1 进行比较，并返回x 或y。在这种情况下，它返回x，这是cons 的第一个参数，也就是该对的第一个组件！所以car 选择第一个组件，就像Scheme 中的普通原语一样。

如果您对cdr 遵循相同的逻辑，您会发现它的行为方式几乎相同，但将第二个参数返回给cons、y，这是该对的第二个组成部分。

有几件事可以帮助您更好地理解这一点。一种是回到第 1 章中对求值替换模型的描述。如果您仔细、细致地遵循该替换模型，使用这些函数的一些非常简单的示例，您会发现它们是有效的。

另一种不那么繁琐的方法是尝试直接在 REPL 中使用 dispatch 函数。下面，变量p被定义为引用cons返回的dispatch函数。

> (define p (cons 1 2))
#<function> ;; what the REPL prints here will be implementation specific
> (p 0)
1
> (p 1)
2

【讨论】：

好的，很好的答案，我一定会回顾这本书的那部分。但是m 呢？我从来没有看到任何东西直接传递给调度。在我看来m 将是过程car 或cdr。真的吗？例如，我们评估(car (cons 1 2))。这将首先评估car 的参数，因此它将查看(cons 1 2)。这将落入dispatch....的定义中，它正在寻找m。那么dispatch怎么知道m是cons的car或者cdr呢？如果这个问题没有意义，请告诉我，我会尝试改写它:)

不，m 不是一个过程，它将是 0 或 1。当我们评估(car (cons 1 2)) 并放入cons 的主体时，内部函数dispatch 只是被定义然后返回，还没有被调用。所以那时我们并不关心m。然后当cons 返回时，我们将需要评估类似(car #<function dispatch>) 的内容。在car 的主体中，函数dispatch 绑定到z，并使用参数0 调用。所以dispatch 永远不知道car 或cdr，它只将它的参数m 与0 和1 进行比较，所以它期待一个数字。

哦……很好，我想我明白了。它就像一个灯泡在我的脑海里亮着！哇......所以在(car (cons x y)) 中，car 评估它的参数 (cons)，它本身返回一个名为 dispatch 的过程。 然后 car 应用于该过程。并且由于car 被定义为将其参数应用于0，并且 因为dispatch 在cons 的范围内定义，所以它能够解析为@ 的x 值987654416@。听起来对吗？我当然希望如此……哈哈。不过，还是会重读那一章！

是的，听起来你已经明白了！ SICP 是一本非常棒的书，我很高兴能帮助其他程序员享受让他们的思想受到启发的乐趣。

你帮了我很多，希望其他程序员也一样。再次感谢！

【参考方案2】：

问题中的代码显示了如何重新定义原始过程 cons，该过程创建 cons-cell（一对两个元素：汽车和 cdr），仅使用 closures 和消息调度。

dispatch 过程充当传递给cons 的参数的选择器：x 和y。如果收到消息0，则返回cons 的第一个参数（单元格的car）。同样，如果收到1，则返回cons 的第二个参数（单元格的cdr）。这两个参数都存储在为dispatch 过程隐式定义的闭包中，该闭包捕获x 和y，并作为调用cons 的此过程实现的产物返回。

car 和 cdr 的下一个重新定义基于此：car 被实现为将0 传递给上述定义中返回的闭包的过程，cdr 被实现为一个过程将1 传递给闭包，在每种情况下最终返回分别作为x 和y 传递的原始值。

这个例子真正好的部分是它显示了 cons-cell，Lisp 系统中最基本的 data 单元可以定义为 procedure ，因此模糊了 data 和 procedure 之间的区别。

【讨论】：

谢谢！另一个答案更具描述性，并为我提供了书中的参考，但您的回答肯定也有助于我理解这个概念。尤其是 data 实际上可以表示为 procedure 的想法。老实说，在我查看书中的这段代码之前，我什至不明白这意味着什么......虽然我们通常会将类似 cons 的东西表示为数据结构或变量，但有了这个想法，我们实际上可以表示 cons在程序方面。不受任何特定数据结构的影响。很酷，虽然令人困惑。

那么这种表示的应用有哪些？

【参考方案3】：

这基本上是“闭包/对象同构”。

外部函数（cons）是一个类构造函数。它返回一个对象，该对象是一个参数的函数，其中参数等效于方法的名称。在这种情况下，方法是 getter，因此它们评估为值。您可以轻松地在构造函数返回的对象中存储更多过程。

在这种情况下，选择作为方法名称的数字和在对象本身之外定义的含糖过程。你可以使用符号：

(define (cons x y)
  (lambda (method)
    (cond ((eq? method 'car) x)
          ((eq? method 'cdr) y)
          (else (error "unknown method")))))

在这种情况下，您所拥有的更类似于 OO：

# (define p (cons 1 2))
# (p 'car)
1
# (p 'cdr)
2

【讨论】：

那么这种同构的应用是什么？