Scheme的块结构效率

Question

以mean-square 定义为例：

(define (mean-square x y) 
    (define (square x) (* x x))
    (define (average x y) (/ (+ x y) 2))
    (average (square x) (square y)))

当我运行 (mean-square 2 4) 时，我正确地得到了 10。

我的问题是，内部定义（在这个玩具案例中是 square 和 average）是否运行每次我通过解释器调用 mean-square 过程？如果是这样，那不是效率低下吗？如果不是，为什么？

Answer 1

如果代码有些天真地编译，可能会有一些开销。原因是内部函数是在一个全新的词法环境中定义的，该词法环境在每次进入函数时都会被新实例化。在抽象语义中，每次调用函数时，都必须捕获新的词法闭包并将其连接到该环境框架中的正确位置。

因此归结为编译器可以优化多少。例如，它可以注意到两个函数实际上都没有引用周围的词法环境。 （这些函数中的x 和y 引用指向它们自己的参数，而不是指向周围mean-square 的参数）。这意味着它们都被移动到顶层而不改变语义：

(define (__anon1 x) (* x x))

(define (__anon2 x y) (/ (+ x y) 2))

(define (mean-square x y)
    (define square __anon1)
    (define average __anon2)
    (average (square x) (square y)))

因为现在square 和average 实际上是简单的别名（由编译器生成的全局实体的别名，编译器知道它不会被任何超出其控制的东西操纵），它们表示的值可以通过以下方式传播：

(define (mean-square x y)
  (__anon2 (__anon1 x) (__anon1 y)))

Answer 2

这不是问题。当mean-square 过程被编译时，所有的嵌套过程也被编译。每次调用mean-square 过程时都不需要重新编译它们。

Answer 3

我认为其他答案可能已经说服您，您给出的案例确实不需要任何开销：本地定义可以直接编译掉。但值得考虑的是，系统如何处理无法完成的情况。

考虑这样的定义：

(define (make-searcher thing)
  (define (search in)
    (cond [(null? in)
           #f]
          [(eqv? (first in) thing)
           in]
          [else (search (rest in))]))
  search)

好吧，本地的search 过程肯定不能在这里编译掉，因为它是从make-searcher 返回的。更糟糕的是：(make-searcher 1) 和(make-searcher 2) 需要返回不同 过程，因为((make-searcher 1) '(1 2 3)) 是(1 2 3) 而((make-searcher 2) '(1 2 3)) 是(2 3)。

所以这听起来完全没有希望：本地search 过程不仅必须是一个过程（它不能被编译掉），而且每次都必须重新制作。

但事实上事情并没有那么糟糕。词法范围意味着系统可以确切地知道哪些绑定对search 可见（在这种情况下，thing 的绑定及其参数）。例如，您可以做的是编译一些代码，在向量中查找这些绑定的值。然后，从make-search 返回的东西将search 的编译代码与绑定向量打包在一起。编译后的代码总是一样的，只是每次都需要创建和初始化向量。

Answer 4

想象一下这段代码：

(let ((a expr))
  (do-something-with a))

同理：

((lambda (a)
   (do-something-with a))
 expr)

在解释器中，它可能会在每次调用它之前创建 lambda，而其他 语言可能会将其变成(do-something-with expr)。该报告不想触及除保证尾递归之外的非功能性需求。在所有严肃的实现中，lambda 都很便宜。

既然你提到球拍： 文件 test_com.rkt

#lang racket
(define (mean-square x y) 
    (define (square x) (* x x))
    (define (average x y) (/ (+ x y) 2))
    (average (square x) (square y)))

(display (mean-square 2 4))

终端命令：

raco make test_com.rkt
raco decompile compiled/test_com_rkt.zo

结果输出：

(module test_com ....
  (require (lib "racket/main.rkt"))
  (provide)
  (define-values
   (mean-square)
   (#%closed
    mean-square49
    (lambda (arg0-50 arg1-51)
      '#(mean-square #<path:/home/westerp/compiled/test_com.rkt> 2 0 14 136 #f)
      '(flags: preserves-marks single-result)
      (/ (+ (* arg0-50 arg0-50) (* arg1-51 arg1-51)) '2))))
  (#%apply-values print-values (display '10)) ; the only code that matters!
  (void)
  (module (test_com configure-runtime) ....
    (require '#%kernel (lib "racket/runtime-config.rkt"))
    (provide)
    (print-as-expression '#t)
    (void)))

虽然mean-square 已经内联了他们的本地过程，但因为我给了它文字值，它永远不会调用它，所以它所做的只是(display '10) 然后退出。

当然，如果您使用make 或exe。从 DrRacket 中，启用调试和更好的跟踪和错误消息的语言选项将运行得更慢。