定期ミートアップ 第7回 yhara

BiwaSchemeにhygenic macroを入れる

hygenic macroとは？

今回は仕組みの話はしない(解説できるほど分かってないので)

Lispとは

Lispは言語名ではない

Common Lisp

Scheme

Clojure

Emacs Lisp

S式

構文木マクロ

構文木マクロとは

「プログラムを受け取ってプログラムを生成するプログラム」

Lisp

Rust

Scala

Template Haskell

Elixir

Crystal

例

code:scm

(define-macro (test expr)

(list 'unless expr

(list 'display "ng: ")

(list 'display (list 'quote expr))

(list 'newline))

(test (= 1 1))

(test (= 1 2)) ;=> ng: (= 1 2)

(通常は以下のようにquasiquoteをつかう)

code:scm

(define-macro (test expr)

`(unless ,expr

(display "ng: ")

(display (quote ,expr))

(newline)))

展開後のプログラム

code:scm

(unless (= 1 2)

(display "ng: ")

(display (quote (= 1 2)))

(newline))

問題点

SchemeとCommon Lispは言語仕様がいろいろ違う

CLのシンボルはメタデータを持てるが、Schemeのシンボルは単なる文字列

Schemeは変数名と関数名のネームスペースが同じ

名前が衝突する場合がある

hygenic macroではこれらの問題を解決できる

「こっちのtmp」と「あっちのtmp」「こっちのlistとあっちのlist」を区別できる

こっち＝マクロ定義側の環境

あっち＝マクロ仕様側の環境

hygenic macroを持っている言語

Scheme, Rustは変数名と関数名のネームスペースが同じ

作戦

うまくいけばhygenic macroとlibrary system (import/export)が同時に手に入る

libraryがグローバル変数の名前空間をもつ

階層構造

1. syntactic closure

2. er-macro-transformer (er = explicit renaming)

3. syntax-rules (R7RS small)

syntax-rules

パターンと置き換え

code:scm

(define-syntax test

(syntax-rules ()

((_ expr) ; このパターンにマッチしたとき、

(unless expr ; この内容(テンプレート)に置き換える

(display "ng: ")

(display (quote expr))

(newline)))))

(test (= 1 1))

(test (= 1 2))

クオートは自動で行われる

er-macro-transformer

syntax-rulesと比べると低レベルな仕組み

「こっち」のものにrenameでマークを付ける

code:scm

(define-syntax test

(er-macro-transformer

(lambda (form rename compare)

(let ((expr (cadr form)))

`(,(rename 'unless) ,expr

(,(rename 'display) "ng: ")

(,(rename 'display) ',expr)

(,(rename 'newline)))))))

(test (= 1 1))

(test (= 1 2))

逆に「あっち」のものにマークを付ける仕組み(implicit-renaming)もあるが、計算量が高いらしい

進捗

なんとなくいけそうな感じがしてきたところ

残作業

ifなどの組み込み構文をすべて実装する

いまのVMとの統合

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今回しなかった話

syntax-case / 名前の注入

Shiro(2018/11/25 00:21:42 UTC): Hygienic macroに必要なのは、マクロ定義環境とマクロ呼び出し環境を区別することで、er-macroの場合は「マクロ定義環境はリネーム」「マクロ呼び出し環境は生シンボル」という区別でそれを実現しています。R6RSの低レベルマクロのdatum->syntaxは一歩進んで、任意の識別子について紐つけられた環境を取り出せる(別の識別子につけかえられる)ようにしていて、それはhygienic macroの要求仕様の外になりますが、確かにそのままのer-macroには無い機能です。renameした識別子に環境情報をぶらさげておけばいいんですが、マクロ呼び出し環境で参照されることを期待して挿入した生シンボルについては、そのまま持ち運ぶと更なるマクロ呼び出しで環境情報が失われる場合があるので、er-macro展開後に環境情報を付加してやらないとなりません。

syntax-rules のリファレンス実装は、 syntax-rules マクロから er-macro-transformer マクロへ変換します。 そのとき、 元のマクロのリテラルを変換後にも同じ意味のまま受け渡すために使っています。 変換された er-macro-transformer マクロでリテラルを使うにはクォートする必要があるのですけど、 通常の quote 構文では構文情報を strip してしまいます。