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方案环境模型关闭问题

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SICP 3.2引入环境模型来取代替代模型 .

我在学习这部分时做了以下测试：

(define a1 1)
(define (f1) a1)
(f1) ; return 1
(define (f2) (define a1 2) a1)
(f2) ; return 2
(define (f3) (define a1 2) (f1))
(f3) ; return 1，not 2

最后一个表达超出了我的预期 .

来自SICP的句子令牌

通过构造框架，将过程的形式参数绑定到调用的参数，然后在构造的新环境的上下文中评估过程的主体，将过程对象应用于一组参数 . 新框架具有作为其封闭环境的应用程序对象的环境部分 .

根据此规则，在 f3 内调用 f1 时，将创建一个新环境，其封闭环境是全局的，而不是在调用 f2 时创建的环境（调用 E1 ） . 对我来说， E1 应该是封闭的环境 .

为简洁起见，我绘制了两张描绘环境的图片
env when define functions

env when invoke f3

一个类似的C例子：

int a = 1;
void f1() {
    printf("a = %d from f1\n", a);
}
void f2() {
    int a = 2;
    printf("a = %d from f2\n", a);
}
void f3() {
    int a = 2;
    f1();
}
int main() {
    f2();
    f3();
    return 0;
}
print:
a = 2 from f2
a = 1 from f1

有什么我想念的吗？或者为什么 Scheme 和 C 中的 f3 打印1而不是2？

scheme eval apply sicp

2 回答

  • 1

    考虑到在环境模型中，当您定义一个函数时，实际上您获得了一个闭包，即一对（函数，环境，用于评估函数的自由变量） . 自由变量值是函数中提到的变量，它不是参数或局部变量，因此，当函数实际执行时，它将在闭包的环境部分中进行搜索 .

    因此，当您定义 f1 时，返回的闭包具有当前全局环境作为环境，其中 a1 具有值 1 .

    在 f2 的定义中，将 a1 定义为 2 . 这是一个本地定义，因此在正文中，首先在本地环境中搜索 a1 的值，并找到 2 .

    在 f3 的定义中，再次将 a1 定义为 2 ，并且此绑定再次出现在本地环境中，但是您调用 f1 ，这是一个闭包，并且在其执行期间，根据 f1 的定义搜索 a1 的值 . （并且找到的值是在闭包构建时使用的环境中出现的值，即 1 . ）

    这种解释变量的方式称为静态绑定，与动态绑定相反，其中结果将是 2 .

    请注意，C和Scheme都使用静态绑定，您的C示例正好显示：调用 f3 的结果是 1 ，因为这是 f1 中打印的值 . 另一方面，图像不正确 . 您应该将环境视为一组框架，每个框架都包含连接到其他框架的绑定（即耦合变量，当前值） . 这样 f1 ， f2 ， f3 的关闭是不同的 .

    下图显示了全球环境的增长：

    enter image description here

    E1 是 a1 定义后的全局环境 . E2 定义 f1 之后，你可以注意到 f1 的值是一个指向第二帧的闭包（这允许递归定义，因为 f1 原则上可以调用自身） . 在闭包中， a1 的值是 E1 中的值 . E3 是 f2 定义后的环境，其中闭包首先指向本地环境，其中 a1 等于 2 ，然后指向当前的全局环境 . 最后 E4 是 f3 定义后的全球环境 . 请注意，新闭包再次具有 a2 等于 2 的本地环境 .

    当调用 f3 时，其体内的 f1 将在 E2 中作为 f1 的值被检索，并且当评估 f1 时，则使用 a1 = 1 .

    另一方面，使用动态绑定，不需要创建闭包 . 在当前环境中评估每个函数，该环境是使用参数绑定和本地定义扩展的全局环境 . 所以你可以想象全球环境现在只有这种形式：

    enter image description here

    但是当评估 f3 时， (define a1 2) 将新框架添加到环境中：

    enter image description here

    并使用此环境评估最后一个表单 (f1) . 在此评估期间，将在环境中检索 f1 ，并在同一（唯一）环境中再次评估其正文，其中 a2 的值为 2 .

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  • 3

    这里棘手的部分是 f2 中的内部定义 .

    如果您尝试使用 set! 而不是 define 的程序，您将得到您期望的结果（为清楚起见，我将最后一个函数重命名为 f3 ） .

    (define a1 1)
(define (f1) a1)
(f1) ; return 1
(define (f2) (set! a1 2) a1)
(f2) ; return 2
(define (f3) (define a1 2) (f1))
(f3) ; return 1，not 2

    输出：

    1
2
2

    现在您没有在原始程序中看到该行为的原因是由于内部定义：

    (define (f2) (define a1 2) a1)

    内部定义将扩展为

    (define (f2) 
   (letrec ((a1 2))
     a1))

    如果我们重命名变量是：

    (define (f2) 
   (letrec ((a2 2))
     a2))

    因此内部定义将分配一个新变量，因此a1绑定的原始位置不受影响 - 因此保持值1 .

    注意：在REPL（顶级）中使用 define 来定义已定义的变量，相当于`set！ . 这是顶级定义，内部定义是两个独立的概念 .

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