如何在 sbcl common lisp 的 let 绑定中定义（defmacro）宏？

Question

我正在使用SBCL Common Lisp。我不是专家，但我喜欢认为我理解它足以应付。不过最近遇到defmacro一个奇怪的问题。

为什么下面的代码无法编译，如何修改才能编译？

(let ((a nil))
  (defmacro testmacro ())
  (testmacro))

错误是：

Unhandled UNDEFINED-FUNCTION in thread #<SB-THREAD:THREAD "main thread" RUNNING
                                          {100399C9A3}>:
  The function COMMON-LISP-USER::TESTMACRO is undefined.

Backtrace for: #<SB-THREAD:THREAD "main thread" RUNNING {100399C9A3}>
0: ((LAMBDA NIL :IN SB-DEBUG::FUNCALL-WITH-DEBUG-IO-SYNTAX))
1: (SB-IMPL::CALL-WITH-SANE-IO-SYNTAX #<CLOSURE (LAMBDA NIL :IN SB-DEBUG::FUNCALL-WITH-DEBUG-IO-SYNTAX) {1003A0EA8B}>)
2: (SB-IMPL::%WITH-STANDARD-IO-SYNTAX #<CLOSURE (LAMBDA NIL :IN SB-DEBUG::FUNCALL-WITH-DEBUG-IO-SYNTAX) {1003A0EA5B}>)
3: (PRINT-BACKTRACE :STREAM #<SB-SYS:FD-STREAM for "standard error" {10039A22B3}> :START 0 :FROM :INTERRUPTED-FRAME :COUNT NIL :PRINT-THREAD T :PRINT-FRAME-SOURCE NIL :METHOD-FRAME-STYLE NIL)
4: (SB-DEBUG::DEBUGGER-DISABLED-HOOK #<UNDEFINED-FUNCTION TESTMACRO {1003A0C193}> #<unavailable argument>)
5: (SB-DEBUG::RUN-HOOK *INVOKE-DEBUGGER-HOOK* #<UNDEFINED-FUNCTION TESTMACRO {1003A0C193}>)
6: (INVOKE-DEBUGGER #<UNDEFINED-FUNCTION TESTMACRO {1003A0C193}>)
7: (ERROR UNDEFINED-FUNCTION :NAME TESTMACRO)
8: ((LAMBDA (&REST SB-C::ARGS) :IN SB-C::INSTALL-GUARD-FUNCTION))
9: (SB-INT:SIMPLE-EVAL-IN-LEXENV (LET ((A NIL)) (DEFMACRO TESTMACRO NIL) (TESTMACRO)) #<NULL-LEXENV>)
10: (EVAL-TLF (LET ((A NIL)) (DEFMACRO TESTMACRO NIL) (TESTMACRO)) 0 NIL)
11: ((LABELS SB-FASL::EVAL-FORM :IN SB-INT:LOAD-AS-SOURCE) (LET ((A NIL)) (DEFMACRO TESTMACRO NIL) (TESTMACRO)) 0)
12: ((LAMBDA (SB-KERNEL:FORM &KEY :CURRENT-INDEX &ALLOW-OTHER-KEYS) :IN SB-INT:LOAD-AS-SOURCE) (LET ((A NIL)) (DEFMACRO TESTMACRO NIL) (TESTMACRO)) :CURRENT-INDEX 0)
13: (SB-C::%DO-FORMS-FROM-INFO #<CLOSURE (LAMBDA (SB-KERNEL:FORM &KEY :CURRENT-INDEX &ALLOW-OTHER-KEYS) :IN SB-INT:LOAD-AS-SOURCE) {10039B19FB}> #<SB-C::SOURCE-INFO {10039B19B3}> SB-C::INPUT-ERROR-IN-LOAD)
14: (SB-INT:LOAD-AS-SOURCE #<SB-SYS:FD-STREAM for "file /mnt/nas-data/Documents/Projects/SHARED PROJECTS - EVAN/pkcmd-lx/temp.lisp" {10039A5103}> :VERBOSE NIL :PRINT NIL :CONTEXT "loading")
15: ((FLET SB-FASL::LOAD-STREAM :IN LOAD) #<SB-SYS:FD-STREAM for "file /mnt/nas-data/Documents/Projects/SHARED PROJECTS - EVAN/pkcmd-lx/temp.lisp" {10039A5103}> NIL)
16: (LOAD #<SB-SYS:FD-STREAM for "file /mnt/nas-data/Documents/Projects/SHARED PROJECTS - EVAN/pkcmd-lx/temp.lisp" {10039A5103}> :VERBOSE NIL :PRINT NIL :IF-DOES-NOT-EXIST T :EXTERNAL-FORMAT :DEFAULT)
17: ((FLET SB-IMPL::LOAD-SCRIPT :IN SB-IMPL::PROCESS-SCRIPT) #<SB-SYS:FD-STREAM for "file /mnt/nas-data/Documents/Projects/SHARED PROJECTS - EVAN/pkcmd-lx/temp.lisp" {10039A5103}>)
18: ((FLET #:WITHOUT-INTERRUPTS-BODY-146 :IN SB-IMPL::PROCESS-SCRIPT))
19: (SB-IMPL::PROCESS-SCRIPT "temp.lisp")
20: (SB-IMPL::TOPLEVEL-INIT)
21: ((FLET #:WITHOUT-INTERRUPTS-BODY-82 :IN SAVE-LISP-AND-DIE))
22: ((LABELS SB-IMPL::RESTART-LISP :IN SAVE-LISP-AND-DIE))

当然，显而易见的答案是将defmacro 放在let 绑定之外。但是，由于技术原因，这对我的项目来说非常不方便。此外，我知道没有正当理由为什么在 let 绑定下定义宏会失败。

Common Lisp 中是否明确禁止“放过宏”？还是我错过了什么？

编辑：我要求的关键是宏与其调用的函数共享同一级别，并且后续代码不嵌套在其中。

这是因为我正在尝试编写一个同时生成函数和宏的宏。生成的宏将调用该函数。所以我们最终得到了如下的结果。

我写了这样一行：

(generate-stuff function-name)

这会变成：

(defun function-name-1 () ...)
(defmacro function-name (&rest args)
   `(function-name-1 ,@args)

因此，宏和它调用的函数必须处于同一词法级别，彼此相邻，并且不能为后续代码嵌套创建新的词法环境（macrolet）。

这一切都可以正常工作，只是我当时恰好在 let 绑定中；因为有问题的函数必须引用此绑定中的变量。

请注意，宏可以从绑定外部访问：

(let ...)
   (defmacro my-macro ...)

(my-macro)

在let 绑定中定义的宏只能在绑定结束后才能访问，这对我来说似乎很荒谬。 lisp 中没有其他任何东西会以这种方式运行。

Answer 1

本地宏可以用MACROLET定义。

此外，我不知道为什么在 let 绑定下定义宏会失败。

它不会失败。如果您只是编译文件或编译表达式，它在编译时不可用。如果定义不在顶级，则编译器不会使 defmacro 定义在编译时环境中可用。在progn 内，它将位于顶层，但不在let 内。

记住：SBCL 使用编译器将 Lisp 源代码编译为机器码。它执行机器代码。

让我们看看你的例子：

(let ((a nil))
  (defmacro testmacro ())
  (testmacro))

通常将全局宏放入 LET 是不好的做法，而且很难理解它实际上应该做什么。 a的绑定应该有什么影响？请记住，编译器在它执行之前编译代码。

假设我们有 SBCL 并且 SBCL 加载一个具有上述格式的文件：

(load "foo.lisp")

SBCL 现在可以：读取整个表单，编译整个表单，执行整个表单。按此顺序。

SBCL 读取第一种形式。相当于：

CL-USER 155 > (read-from-string "(let ((a nil))
                                   (defmacro testmacro ())
                                   (testmacro))")
(LET ((A NIL)) (DEFMACRO TESTMACRO NIL) (TESTMACRO))

因此我们有了数据。

下一步是 SBCL 编译该代码。

• 它看到一个 LET 表达式。它为 LET 绑定创建代码。它不执行 LET。我们只是在编译它。
• 然后编译 LET 的主体
• 它看到一个 DEFMACRO 形式：宏被扩展并被编译成机器码。它不执行 DEFMACRO。我们只是在扩展和编译它。
• 它看到一个 TESTMACRO 表单：它不知道它是什么。它将其编译为对未定义函数的函数调用并警告未定义函数

下一步是 SBCL 执行编译后的代码

• 它运行已编译的 LET 表单并为 a 创建绑定
• 然后它执行 LET 的主体
• 它执行编译后的 DEFMACRO 形式：定义了一个名为 TESTMACRO 的全局宏
• 它执行已编译的 TESTMACRO 形式：该函数被调用。它没有定义。发出错误信号。

这都是合乎逻辑的，绝不是absurd。 SBCL 首先读取 LET，然后将 LET 编译为机器码，然后运行机器码。

这是三个独立的步骤：读取时、编译时、运行时。

让我们在 REPL 中尝试一下：

首先我们正在阅读表单

* (read-from-string "(let ((a nil))
                       (defmacro testmacro ())
                       (testmacro))")
(LET ((A NIL))
  (DEFMACRO TESTMACRO ())
  (TESTMACRO))
129

然后我们正在编译表单：

* (compile nil `(lambda () ,*))
; in: LAMBDA ()
;     (LET ((A NIL))
;       (DEFMACRO TESTMACRO ())
;       (TESTMACRO))
; 
; caught STYLE-WARNING:
;   The variable A is defined but never used.
; in: LAMBDA ()
;     (TESTMACRO)
; 
; caught STYLE-WARNING:
;   undefined function: COMMON-LISP-USER::TESTMACRO
; 
; compilation unit finished
;   Undefined function:
;     TESTMACRO
;   caught 2 STYLE-WARNING conditions
#<FUNCTION (LAMBDA ()) {226B025B}>
T
NIL

您可以看到 SBCL 告诉我们一些问题。 TESTMACRO 未定义。

现在我们运行代码：

* (funcall *)
STYLE-WARNING:
   TESTMACRO is being redefined as a macro when it was previously assumed to be a function.

debugger invoked on a UNDEFINED-FUNCTION in thread
#<THREAD "main thread" RUNNING {10004F84C3}>:
  The function COMMON-LISP-USER::TESTMACRO is undefined.

Type HELP for debugger help, or (SB-EXT:EXIT) to exit from SBCL.

restarts (invokable by number or by possibly-abbreviated name):
  0: [CONTINUE      ] Retry calling TESTMACRO.
  1: [USE-VALUE     ] Call specified function.
  2: [RETURN-VALUE  ] Return specified values.
  3: [RETURN-NOTHING] Return zero values.
  4: [ABORT         ] Exit debugger, returning to top level.

("undefined function")
0] 

正如所料 - 编译器确实警告我们：函数 TESTMACRO 未定义。

如果您希望 SBCL 编译宏形式，您必须确保宏形式在编译时是已知的。