EmacsLisp表达式求值全解析

### Emacs Lisp 表达式求值全解析 #### 1. 表达式求值基础 在 Emacs Lisp 里，表达式求值由 Lisp 解释器完成。它接收一个 Lisp 对象作为输入，然后计算该对象作为表达式的值。具体的求值方式取决于对象的数据类型。解释器会自动对程序的部分内容进行求值，也能通过 Lisp 原始函数 `eval` 显式调用。 打算进行求值的 Lisp 对象被称作形式（form）或表达式。形式是数据对象，并非单纯的文本，这是类 Lisp 语言和典型编程语言的根本区别之一。任何对象都能求值，但实际中，经常求值的对象主要是数字、符号、列表和字符串。 读取 Lisp 形式后再对其求值是常见操作，但读取和求值是相互独立的活动，二者可单独进行。读取本身不会求值，它只是把 Lisp 对象的打印表示转换为对象本身。是否将读取的对象作为形式求值，由调用 `read` 的代码决定。 求值是个递归过程，对一个形式求值通常会涉及对其内部部分的求值。例如，对函数调用形式 `(car x)` 求值时，Emacs 会先对参数 `x` 求值，然后执行函数 `car`。若函数用 Lisp 编写，执行时会对函数体进行求值。 求值在被称为环境的上下文中进行，环境包含所有 Lisp 变量的当前值和绑定。当一个形式引用变量且未创建新绑定时，该变量会被求值为当前环境赋予的值。对形式求值还可能通过绑定变量临时改变环境。另外，求值形式可能会产生持久的改变，这些改变被称为副作用，比如 `(setq foo 1)` 就会产生副作用。 需要注意，不要把求值和命令键解释混淆。编辑器命令循环会利用活动键映射将键盘输入转换为命令（可交互调用的函数），然后使用 `call-interactively` 执行该命令。若命令用 Lisp 编写，执行命令通常会涉及求值，但这一步不被视为命令键解释的一部分。 #### 2. 形式的种类 Emacs 有三种不同类型的形式，它们的求值方式各异，分别是符号、列表和“其他所有类型”。下面逐一介绍。 - **自求值形式**：不是列表或符号的形式就是自求值形式。自求值形式求值的结果就是其本身，例如数字 `25` 求值后还是 `25`，字符串 `"foo"` 求值后仍是 `"foo"`。对向量求值不会对其元素进行求值，而是直接返回内容不变的向量。 ```lisp ’123 ; A number, shown without evaluation. ⇒123 123 ; Evaluated as usual—result is the same. ⇒123 (eval ’123) ; Evaluated ‘‘by hand”—result is the same. ⇒123 (eval (eval ’123)) ; Evaluating twice changes nothing. ⇒123 ``` 在 Lisp 代码中，常利用数字、字符、字符串甚至向量的自求值特性来编写代码。但对于没有读取语法的类型，这样做比较少见，不过可以通过 Lisp 程序构建包含这些类型的 Lisp 表达式。示例如下： ```lisp ;; Build an expression containing a buffer object. (setq print-exp (list ’print (current-buffer))) ⇒(print #<buffer eval.texi>) ;; Evaluate it. (eval print-exp) ⊣#<buffer eval.texi> ⇒#<buffer eval.texi> ``` - **符号形式**：符号求值时会被当作变量处理，若符号有对应变量的值，求值结果就是该变量的值；若符号作为变量没有值，Lisp 解释器会报错。 ```lisp (setq a 123) ⇒123 (eval ’a) ⇒123 a ⇒123 ``` 符号 `nil` 和 `t` 有特殊处理，`nil` 的值始终是 `nil`，`t` 的值始终是 `t`，不能将它们设置或绑定为其他值，所以这两个符号类似自求值形式。以 `:` 开头的符号也会自求值，通常其值不能改变。 - **列表形式分类**：非空列表形式根据其第一个元素可分为函数调用、宏调用或特殊形式，这三种形式的求值方式不同。列表的其余元素构成函数、宏或特殊形式的参数。求值非空列表时，首先会检查其第一个元素，该元素决定了列表的形式类型以及后续处理方式。与某些 Lisp 方言（如 Scheme）不同，这里的第一个元素不会被求值。 以下是列表形式分类的 mermaid 流程图： ```mermaid graph TD; A[非空列表形式] --> B{第一个元素类型}; B -->|符号| C[符号函数间接引用处理]; B -->|Lisp函数对象等| D[函数调用]; B -->|宏对象| E[宏调用]; B -->|特殊形式符号| F[特殊形式]; ``` - **符号函数间接引用**：若列表的第一个元素是符号，求值时会检查该符号的函数单元，使用其内容替代原始符号。若内容仍是符号，这个过程（即符号函数间接引用）会重复进行，直到得到非符号对象。 ```lisp ;; Build this function cell linkage: ;; ------------- ----- ------- ------- ;; | #<subr car> | <-- | car | <-- | first | <-- | erste | ;; ------------- ----- ------- ------- (symbol-function ’car) ⇒#<subr car> (fset ’first ’car) ⇒car (fset ’erste ’first) ⇒first (erste ’(1 2 3)) ; Call the function referenced by erste. ⇒1 ``` 内置函数 `indirect-function` 可方便地显式进行符号函数间接引用： ```lisp [Function] indirect-function function &optional noerror ``` 该函数返回 `function` 作为函数的含义。若 `function` 是符号，会查找其函数定义并从该值开始处理；若不是符号，则直接返回 `function` 本身。若最终符号未绑定且可选参数 `noerror` 为 `nil` 或省略，该函数会报 `void-function` 错误；若 `noerror` 不为 `nil`，最终符号未绑定时返回 `nil`。若符号链中存在循环，会报 `cyclic-function-indirection` 错误。 以下是用 Lisp 定义 `indirect-function` 的代码： ```lisp (defun indirect-function (function) (if (symbolp function) (indirect-function (symbol-function function)) function)) ``` - **函数形式求值**：若被求值列表的第一个元素是 Lisp 函数对象、字节码对象或原始函数对象，该列表就是函数调用。对函数调用求值时，首先会从左到右对列表的其余元素求值，得到实际的参数值，然后使用这些参数调用函数，实际上是使用 `apply` 函数。若函数用 Lisp 编写，参数会用于绑定函数的参数变量，接着按顺序对函数体中的形式求值，最后一个形式的值就是函数调用的值。 - **Lisp 宏求值**：若被求值列表的第一个元素是宏对象，该列表就是宏调用。宏调用求值时，列表其余元素最初不会被求值，而是直接作为宏的参数。宏定义会计算一个替换形式，即宏的展开式，用它替代原始形式进行求值。展开式可以是任何形式，如自求值常量、符号或列表。若展开式本