Racket-Scheme 中的未绑定变量

Question

我正在尝试实现一个数据结构来保持程序的状态（变量绑定）。我用关联列表表示状态，关联列表是键值对列表。

一个示例关联列表是：'((x . 3) (y . (1 2)) (z . a))。在此示例中，键 'x 的值是 3，'y 的值是 '(1 2)，'z 的值是 'a。

为了操纵状态，我有两个函数：

1. (get-binding state var)

   此函数返回值符号 var 绑定（分配）到状态。

2. (set-binding state var val)

   此函数返回一个与 state 相同的新状态，不同之处在于 var 绑定到 val。

3. empty-state

   此变量对应于没有绑定的状态。它是使用define定义的。 注意：empty-state 不是函数。

例子：

> (get-binding (set-binding (set-binding empty-state 'x 3) 'x 4) 'x)

输出4。

这是我的代码：

(define (enclosing-environment env) (mcdr env))

(define empty-state null)

(define (get-binding env var)
  (define (env-loop env)
    (define (scan vars vals)
      (cond [(null? vars)
             (env-loop (enclosing-environment env))]
            [(eq? var (mcar vars))
             (mcar vals)]
            [else
             (scan (mcdr vars)
                   (mcdr vals))]))
    (if (eq? env empty-state)
        (error "Unbound variable:" var)
        (let ([frame (first-frame env)])
          (scan (frame-variables frame)
                (frame-values frame)))))
  (env-loop env))

(define (set-binding! env var val)
  (define (env-loop env)
    (define (scan vars vals)
      (cond [(null? vars)
             (env-loop (enclosing-environment env))]
            [(eq? var (mcar vars))
             (set-mcar! vals val)]
            [else
             (scan (mcdr vars)
                   (mcdr vals))]))
    (if (eq? env empty-state)
        (error "Unbound variable -- SET!:" var)
        (let ([frame (first-frame env)])
          (scan (frame-variables frame)
                (frame-values frame)))))
  (env-loop env))

但它给出了一个错误，显示“未绑定变量 -- SET!: x”。如何预防？

Answer 1

你知道get-binding! 和set-binding 除了两行之外是同一个函数吗？我建议你将它们组合成一个函数：

(define (get/set-binding when-found when-unbound env var (val))
  (define (env-loop env)
    (define (scan vars vals)
      (cond [(null? vars)
             (env-loop (enclosing-environment env))]
            [(eq? var (mcar vars))
             (when-found val vals)]
            [else
             (scan (mcdr vars)
                   (mcdr vals))]))
    (if (eq? env empty-state)
        (when-unbound var)
        (let ([frame (first-frame env)])
          (scan (frame-variables frame)
                (frame-values frame)))))
  (env-loop env))

然后您可以修复错误。问题源于无法修改null，因此无法通过修改参数来引入绑定。你只能通过返回值来做到这一点。你可以这样定义set-binding!：

 (define (set-binding! env var val)
     (set/get-binding (λ (val vals)
                         (set-mcar! vals val)
                         env)
                      (λ (var)
                         (add-binding var val env)) env var val))

要定义add-binding，我必须根据您的代码对env 的结构进行一些猜测。我将假设env 是一个帧列表，而frame 是这样的：

(define-struct frame (variables values))

我将进一步假设如果env 有任何帧，您希望将新变量添加到第一帧。

如果这些假设成立，那么add-binding 将被定义为：

(require compatibility/mlist)

(define (add-binding var val env)
  (if (null? env)
      (mlist (make-frame (mlist var) (mlist val)))
      (let ((first (mcar env)))
        (set-frame-variables! (mcons var (frame-variables first)))
        (set-frame-values! (mcons val (frame-values first)))
        env)))

由于此版本的set-binding! 返回一个全新的env，如果您将null 传递给env，则需要始终分配set-binding! 的返回值：

正确用法：

(set! env (set-binding! env var val))

错误用法：

;; If env is null, the new binding is immediately garbage-collected.
(set-binding! env var val)

Answer 2

那是很多代码...

如果“环境”是一个查找绑定到名称的值的函数怎么办？要获得值，我们需要做的就是将环境应用于名称：

(define (env-get env name)
  (env name))

然后为了扩展环境，通过创建另一个环境，我们查找名称，但如果找不到，我们将遵循基础环境：

(define (env-set env name value)
  (lambda (nname)
     (if (eq? nname name)
         value
         (env nname))))

但是，如果环境为空，则报错。

(define env-empty
  (lambda (nname)
    (error "Unbound Variable: " nname)))

一个例子：

> (define env-1 (env-set env-empty 'x 4))
> (define env-2 (env-set env-1 'y '(a b)))
> (env-get env-2 'x)
4
> (env-get env-2 'y)
(a b)
> 

Answer 3

场所

1. 错误在代码中定义。

2. 当传递给set-binding! 的env 的值是eq? 到null 别名为empty-state 时，会抛出此错误。

3. 在将(var . val) 添加到env 之前，将env 与null 进行比较。

猜想

初始环境是空的...即null 或别名为empty-environment。

解决方案

不要将(eq? env empty-state) 视为错误条件...至少在初始化之前。