求值环境模拟

环境 构建和操作

SICP 的环境构建思路

frame 相关操作

SICP 是将环境实现为框架的表，每个框架包含一个variable的链表和一个value的链表
比如：

variable  'a  'b 'c 'd
value:     1   2  3   4

frame提供操作 ：(make-frame variables values) ;;cons variables values
(frame-variables frame) ;;car frame
(frame-values frame) ;;cdr frame
(add-binding-to-frame var val frame)

解释一下： 分别是
根据一个variables和values的链表构造一个frame
取出variables链表
取出values 链表
添加新的var-value在frame中

env 定义

empty-env
(outer-env env) ;;cdr env
(first-frame env) ;;cdr env

(lookup var env)
(set-var! var new-value env)
(def-var! var new-value env)

解释一下:

• env 的定义就是frame的链表
• empty-env就是空环境，直接定义为nil（ '() ）
• outer-env 就是除了当前框架外的外部环境
  +first-frame就是当前环境

后面的三个操作十分重要，首先是从环境中找到variable对应的value

• 第二个是改变环境中var的值
• 在当前环境中定义变量var

个人的构造方式

source code

#lang planet neil/sicp

(define (make-env variable value)
     (if (=(length variable)(length value) )
         (map cons variable value)
         (error "the numbers of variable and value doesn't match!") ))

(define (env-variable env)
     (map car env))
(define (env-value env)
     (map cdr env))

(define (add-binding-to-env! var val env)
    (cons (cons var val) env))

(define (lookup-var var env)
   (cond ((null? env) '())
         ((eq? var (car (env-variable env))) (car (env-value env)))
         (else (lookup-var var (cdr env))
         )))

(define (set-var! var new-value env)
   (cond ((null? env) '())
        ( (eq? var (car (env-variable env)))
         (set-car! env (cons var new-value)))
         (else (set-var! var new-value (cdr env)))))

(define (def-var! var new-value env)
   (cond ((null? env) (add-binding-to-env! var new-value env))
          ((eq? var (car (env-variable env)))  (set-car! env (cons var new-value)) )
          (else (set-car! env (cons (cons var new-value) (car env) )   ))))

介绍

大致的思路是，将env表示成 pair 变量的链表，每个pair是var-val键对

1. make-env：
   首先检查variables和values元素个数是否相等，若相等则利用map进行cons：
   举例： variables: ('a 'b 'c' d)
   values: (1 2 3 4)
   map之后： (('a 1) ('b 2) ('c 3) ('d 4))
2. empty-env 空环境仍然定义为nil
3. 提取variables和values的操作仍然由map来完成
4. 接下来由4个操作：添加新的var-val在env的开头、lookup、set-var！、def-var！
5. 另外，在racekt中set-car！ 没有定义，因此这里第一行说明语言为mit-scheme；
6. set-car！ 等赋值操作只对已经定义的变量有效，而对(set-car! (some-op data) new-value)无效

分析

• 其实环境的实现方式不重要，引用第二章的界面约定和抽象屏障的思想，我们只要提供满足约定的界面或者说是接口即可；
• S型表达式使得我们解析语法结构变得很容易，当然配合scheme本身也是这样的语法结构就更简单了，但是用其它语言来做也大同小异，需要补写一个词法分析
• 我们的ICS 课程的实验任务是在给定的框架下实现一个完整的模拟器：需要对IA32的绝大多数指令给出模拟，并且需要实现常见的如断点、打印栈帧链、单步执行等功能，也包括程序的加载等等。当然这是用C语言做的啦。 做起来还是很爽的，收获也很大。不过扫了一下第五章用scheme做一个简单的寄存器模拟（貌似只有3条简单的指令），用scheme来写的话，模拟器的速度就更加不忍直视了。。哈哈
• 但是我个人感觉scheme 的好处就在于抽象层次很高，完全不用担心任何硬件细节，实际程序的效率可能不高，但是用scheme实现同样功能之后收获往往会更大，对这一问题的理解往往到达更加抽象的层次。
• 最后，其实相对于纯C，个人更喜欢C++，毕竟提供给了更多的可能，对个人写程序而言，更容易符合自己的胃口，C的话不免用很多宏来抽象，不太符合个人对语言的审美。
• 实验使用的环境是Drracket