Компиляция функциональных программ

Требования к компиляции Лисп-программ

Рассмотрим особенности Лисп-программ, которые необходимо учесть при определении компилятора и подготовке программ к компиляции.

Прежде всего — свободные переменные. Переменная связана, если она встречается в списке LAMBDA или PROG, а также LET, DO, LOOP и т.п. Все несвязанные переменные свободны.

(LAMBDA (A) (PROG (B) 
   S      (SETQ B A)
       (COND ((NULL B) (RETURN C))) 
           (SETQ C (CONS (CAR A) C))
       (GO S) 
))

A и B — связанные переменные, C — свободная переменная.

Когда переменная используется как свободная, это значит, что она должна быть связана в другой функции на более высоком уровне. При интерпретации функций может быть обнаружена переменная, не связанная вообще, о чем система известит пользователя соответствующим диагностическим сообщением об ошибке.

При компиляции новые диагностические сообщения не появляются, а переменная получает значение NIL.

Существуют разные типы переменных в компилируемых функциях: обычные и специальные — SPECIAL. Тип SPECIAL необходимо объявить до компиляции. Все необъявленные переменные рассматриваются как обычные.

При трансляции функций в подпрограммы концепция переменных отображается в распределение памяти, в которой размещаются значения аргументов. Для обычных переменных распределение памяти — это стек. Другие функции не могут знать адреса таких переменных, что и не позволяет рассматривать их как свободные.

SPECIAL -переменные размещаются в списке свойств. Это допускает реализацию с заданием фиксированных адресов ячеек. Когда такая ячейка связана, можно старое значение вытолкнуть в стек, а новое разместить по старому адресу. При выходе из области действия текущей связи старое значение может быть восстановлено. При использовании такой свободной переменной адрес SPECIAL -ячейки может быть доступен другим функциям.

SPECIAL -переменные объявляются псевдо-функцией DECLARE с индикатором SPECIAL, вслед за которым расположен список переменных. Эта функция устанавливает индикатор SPECIAL в списках свойств перечисленных имен и создает ячейку для хранения значения переменной. Эта псевдо-функция для компилятора весьма существенна. Она может действовать и при интерпретации, и при прогоне компилированных программ.

(DECLARE ... (SPECIAL v1 v2 ... ) ... )

При повторном объявлении одной и той же SPECIAL -переменной компилятор выделит другую ячейку, формально это будут различные переменные.

Специальные переменные удобны для коммуникации между компилируемыми программами, но не всегда могут четко служить коммуникации между интерпретируемыми и компилируемыми программами.

Еще один тонкий аспект — функциональные константы.

Рассмотрим следующее определение, использующее S-выражение:

(DEFUN YDOT
    (LAMBDA (X Y) 
         (MAPLIST X 
            (FUNCTION (LAMBDA (J) (CONS (CAR J) Y) ))
)   )   ) 

(YDOT (A B C D) X) 
   ;=((A . X) (B . X) (C . X) (D . X))]

За словом FUNCTION располагается функциональная константа. Если ее вынести как самостоятельную функцию, то формально J — связанная переменная, а Y — свободная. Не исключено, что свободная переменная где-то будет объявлена как специальная или общедоступная, хотя она должна быть связана внутри YDOT.

Теперь про функциональные аргументы.

MAPLIST может быть определен следующим образом:

(DEFUN MAPLIST 
     (LAMBDA (L FN)
          (COND
             ((NULL L) NIL)
             (T (CONS (FN L)
                            (MAPLIST (CDR L) FN) ))
)   )    )

Переменная FN — это связанный функциональный аргумент. Дело в том, что его значение — определение функции.

Трассировка скомпилированных программ

TRACE — работает с компилированными программами согласно следующим ограничениям:

1. TRACE может быть объявлена после компиляции и не требует повторной компиляции программы.
2. TRACE не отслеживает прямые переходы на функции, созданные в обход атомов, т.е. выделенные на уровне ассемблера или кода без встраивания в общую информационную систему Лиспа — таблицу символов, хранящую свойства атомов.

" В правильном выражении всегда достаточно скобок, чтобы избежать синтаксической неоднозначности" [ 3 ] Используя это утверждение Хендерсона как эпиграф, а в Лиспе со скобками все в порядке, можно уверенно приступить к определению собственно компилятора.