Emacs之魂（八）：反引用與嵌套反引用

04-08

1. 反引用

上文我們介紹了如何使用defmacro定義宏，

(defmacro inc (var) (list setq var (list 1+ var)))

我們定義了inc宏，(inc x)會被展開為(setq x (1+ x))，因此，

(defvar x 0)(inc x)x ; 1

宏做的是語法對象的變換操作，因此幾乎每個宏最後都返回一個列表，

可是，類似上述inc宏那樣，每次都使用list來創建列表，是一件麻煩的事情，

所以，Lisp提供了反引用（quasiquote/backquote），可以便捷的生成列表。

例如，以上inc宏使用反引用來生成列表，可以修改為，

(defmacro inc (var) `(setq ,var (1+ ,var)))

可以看到，反引用`(setq ,var (1+ ,var)))與(inc x)的展開式(setq x (1+ x))非常相像，

我們只需要將反引號去掉，然後將反引用表達式中的逗號表達式,var，替換為var綁定的值x即可。

2. 反引用表達式的求值規則

下面我們通過幾個例子來說明反引用的使用方式，其中=>表示「求值為」。

求值規則：

（1）如果反引用表達式中不包含逗號,，那麼它和引用表達式是一樣的，

因此反引用通常被看做是一種特殊的引用（quote）

`(a list of (+ 2 3) elements)=> (a list of (+ 2 3) elements)

（2）反引用表達式中的逗號表達式會被求值

`(a list of ,(+ 2 3) elements)=> (a list of 5 elements)

（3）反引用表達式中的,@表達式，也會被求值，但是要求其結果必須是一個列表，

,@會去掉列表的括弧，將列表中的元素放到,@表達式出現的位置

(defvar x (2 3))`(1 ,@x 4)=> (1 2 3 4)`(1 ,@(cdr (1 2 3)) 4)=> (1 2 3 4)

3. 生成宏定義的宏

以上，我們定義了宏inc，

宏調用(inc x)，會被展開為(setq x (1+ x))。

在編寫宏的時候，一個常用的思路是，

先考慮展開關係，即我們期望將A展開為B，再根據這個線索編寫相應的宏。

那麼，我們可否編寫一個宏，讓它展開成(defmacro ...)呢？

是可以的，這是一種展開為宏定義的宏，它可以作為defmacro來使用。

考慮展開關係，我們期望將(create-inc)展開為

(defmacro inc (var) `(setq ,var (1+ ,var)))

於是，宏create-inc就應該被這樣定義，

(defmacro create-inc () `(defmacro inc (var) `(setq ,var (1+ ,var))))

我們來試驗一下，

(create-inc) ; 定義了inc(defvar x 0)(inc x) ; 使用incx ; 1

我們還可以給create-inc加上參數。

考慮展開關係，我們將(create-inc-n y)展開為，

(defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ y ,var)))

那麼create-inc-n應該怎麼定義呢？事實上，

(defmacro create-inc-n (num) `(defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ ,,num ,var))))

第一次看到,,num的時候，我非常驚訝，這到底是什麼？

4. 嵌套反引用

嵌套反引用指的是，一個反引用表達式中嵌套出現了另一個反引用表達式。

在生成宏定義的宏中，嵌套反引用經常出現。

嵌套反引用表達式中，經常會出現類似,,num這樣的表達式，

它不能被寫成,num，也不能被寫成,,num，下面我們進行仔細的分析。

（1）,num為什麼不正確

先看一下展開關係，我們期望將(create-inc-n y)展開為，

(defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ y ,var)))

即，嵌套反引用表達式，應該按下述方式求值，

`(defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ ,,num ,var))))=> (defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ y ,var)))

其中，,var是不應該被求值的，因為這是內層反引用需要的，

如果我們將,,num寫成,num，那麼它就和,var一樣不會被求值了，

`(defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ ,num ,var))))=> (defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ ,num ,var)))

這和我們期望的展開關係不同。

（2）,,num為什麼不正確

寫成,,num在求值最外層反引用表達式的時候，確實會求值num的值，

但是，在求值內層反引用表達式的時候，這個值還會被再求值一次。

(create-inc-n y)將被展開為，

`(defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ ,,num ,var)))=> (defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ ,y ,var)))

可是，在進行宏調用(create-inc-n y)的時候，我們不應該關心y的值是什麼，

因為在宏展開階段，y可能還沒有值。

而且，該展開式和我們預期的展開結果也不相同。

（3）,,num是怎麼來的

綜上分析，我們需要在外層反引用表達式被求值的時候，求值num，

而在內層反引用表達式被求值的時候，不再繼續求值num的值，

因此，我們需要給num的值加上一個引用來「阻止」求值。

因此，(create-inc-n y)會被展開為，

`(defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ ,,num ,var))))=> (defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ ,y ,var)))

而內層反引用表達式被求值的時候，,y將求值為y。

所以，(inc-n x)將被展開為

`(setq ,var (+ ,y ,var))=> (setq x (+ y x))

和我們期望的展開結果相同。

5. 嵌套反引用的求值規則

在生成宏定義的宏中，經常會出現嵌套反引用，

如果我們定義了另一個宏other-macro來生成create-inc-n的定義，

(defmacro other-macro () `(defmacro create-inc-n (num) `(defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ ,,num ,var)))))

那麼，將出現三層嵌套反引用。

不過，不用擔心，嵌套反引用也是有求值規則的，以下我們用兩層嵌套反引用作為例子來說明。

求值規則：

（1）嵌套反引用被求值的時候，一次求值，只去掉一層反引用，內層反引用不受影響，

`(defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ ,,num ,var))))=> (defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ ,y ,var)))

（2）嵌套反引用表達式中的逗號表達式，是否被求值，要根據情況來定，

如果最外層嵌套反引用總共有n層，那麼一定不會出現包含大於n個逗號的表達式，

且包含逗號數目小於n的表達式不會被求值，只有逗號數目等於n的表達式才會被求值。

`(defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ ,,num ,var))))=> (defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ ,y ,var)))

最外層嵌套反引用總共有n=2層，

,var表達式包含一個逗號，1<n，不會被求值，

,,num表達式包含兩個逗號，2=n，會被求值。

（3）被求值的逗號表達式，其求值方式是，

去掉最右邊的一個逗號，然後將表達式替換成它的值。

`(defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ ,,num ,var))))=> (defmacro inc-n (var) `(setq ,var (+ ,y ,var)))

,,num，去掉最右邊的逗號,num，然後將num替換成它的值y，

於是得到了,y。

參考

GNU Emacs Lisp Reference Manual

ANSI Common Lisp

On Lisp

Let Over Lambda

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