如何在 sbcl common lisp 中的 let 绑定中定义(defmacro)宏?

Question

我正在使用SBCL Common Lisp。我不是专家，但我喜欢认为我足够了解它，可以混在一起。但是，我最近遇到了一个奇怪的问题defmacro.

为什么下面的代码不编译，如何更改它使其编译？

(let ((a nil))
(defmacro testmacro ())
(testmacro))

错误是：

Unhandled UNDEFINED-FUNCTION in thread #<SB-THREAD:THREAD "main thread" RUNNING
{100399C9A3}>:
The function COMMON-LISP-USER::TESTMACRO is undefined.
Backtrace for: #<SB-THREAD:THREAD "main thread" RUNNING {100399C9A3}>
0: ((LAMBDA NIL :IN SB-DEBUG::FUNCALL-WITH-DEBUG-IO-SYNTAX))
1: (SB-IMPL::CALL-WITH-SANE-IO-SYNTAX #<CLOSURE (LAMBDA NIL :IN SB-DEBUG::FUNCALL-WITH-DEBUG-IO-SYNTAX) {1003A0EA8B}>)
2: (SB-IMPL::%WITH-STANDARD-IO-SYNTAX #<CLOSURE (LAMBDA NIL :IN SB-DEBUG::FUNCALL-WITH-DEBUG-IO-SYNTAX) {1003A0EA5B}>)
3: (PRINT-BACKTRACE :STREAM #<SB-SYS:FD-STREAM for "standard error" {10039A22B3}> :START 0 :FROM :INTERRUPTED-FRAME :COUNT NIL :PRINT-THREAD T :PRINT-FRAME-SOURCE NIL :METHOD-FRAME-STYLE NIL)
4: (SB-DEBUG::DEBUGGER-DISABLED-HOOK #<UNDEFINED-FUNCTION TESTMACRO {1003A0C193}> #<unavailable argument>)
5: (SB-DEBUG::RUN-HOOK *INVOKE-DEBUGGER-HOOK* #<UNDEFINED-FUNCTION TESTMACRO {1003A0C193}>)
6: (INVOKE-DEBUGGER #<UNDEFINED-FUNCTION TESTMACRO {1003A0C193}>)
7: (ERROR UNDEFINED-FUNCTION :NAME TESTMACRO)
8: ((LAMBDA (&REST SB-C::ARGS) :IN SB-C::INSTALL-GUARD-FUNCTION))
9: (SB-INT:SIMPLE-EVAL-IN-LEXENV (LET ((A NIL)) (DEFMACRO TESTMACRO NIL) (TESTMACRO)) #<NULL-LEXENV>)
10: (EVAL-TLF (LET ((A NIL)) (DEFMACRO TESTMACRO NIL) (TESTMACRO)) 0 NIL)
11: ((LABELS SB-FASL::EVAL-FORM :IN SB-INT:LOAD-AS-SOURCE) (LET ((A NIL)) (DEFMACRO TESTMACRO NIL) (TESTMACRO)) 0)
12: ((LAMBDA (SB-KERNEL:FORM &KEY :CURRENT-INDEX &ALLOW-OTHER-KEYS) :IN SB-INT:LOAD-AS-SOURCE) (LET ((A NIL)) (DEFMACRO TESTMACRO NIL) (TESTMACRO)) :CURRENT-INDEX 0)
13: (SB-C::%DO-FORMS-FROM-INFO #<CLOSURE (LAMBDA (SB-KERNEL:FORM &KEY :CURRENT-INDEX &ALLOW-OTHER-KEYS) :IN SB-INT:LOAD-AS-SOURCE) {10039B19FB}> #<SB-C::SOURCE-INFO {10039B19B3}> SB-C::INPUT-ERROR-IN-LOAD)
14: (SB-INT:LOAD-AS-SOURCE #<SB-SYS:FD-STREAM for "file /mnt/nas-data/Documents/Projects/SHARED PROJECTS - EVAN/pkcmd-lx/temp.lisp" {10039A5103}> :VERBOSE NIL :PRINT NIL :CONTEXT "loading")
15: ((FLET SB-FASL::LOAD-STREAM :IN LOAD) #<SB-SYS:FD-STREAM for "file /mnt/nas-data/Documents/Projects/SHARED PROJECTS - EVAN/pkcmd-lx/temp.lisp" {10039A5103}> NIL)
16: (LOAD #<SB-SYS:FD-STREAM for "file /mnt/nas-data/Documents/Projects/SHARED PROJECTS - EVAN/pkcmd-lx/temp.lisp" {10039A5103}> :VERBOSE NIL :PRINT NIL :IF-DOES-NOT-EXIST T :EXTERNAL-FORMAT :DEFAULT)
17: ((FLET SB-IMPL::LOAD-SCRIPT :IN SB-IMPL::PROCESS-SCRIPT) #<SB-SYS:FD-STREAM for "file /mnt/nas-data/Documents/Projects/SHARED PROJECTS - EVAN/pkcmd-lx/temp.lisp" {10039A5103}>)
18: ((FLET #:WITHOUT-INTERRUPTS-BODY-146 :IN SB-IMPL::PROCESS-SCRIPT))
19: (SB-IMPL::PROCESS-SCRIPT "temp.lisp")
20: (SB-IMPL::TOPLEVEL-INIT)
21: ((FLET #:WITHOUT-INTERRUPTS-BODY-82 :IN SAVE-LISP-AND-DIE))
22: ((LABELS SB-IMPL::RESTART-LISP :IN SAVE-LISP-AND-DIE))

当然，显而易见的答案是将defmacro置于let绑定之外。但是，由于技术原因，这对我的项目来说非常不方便。此外，我不知道为什么在let绑定下定义宏应该失败的正当理由。

Common Lisp 中是否特别禁止"let over macro"？还是我错过了什么？

编辑：我要求的症结在于宏与它调用的函数共享同一级别，并且后续代码不嵌套在其中。

这是因为我正在尝试编写一个同时生成函数和宏的宏。生成的宏将调用该函数。所以我们最终得到如下的东西。

我写了这样一行：

(generate-stuff function-name)

这解析为：

(defun function-name-1 () ...)
(defmacro function-name (&rest args)
`(function-name-1 ,@args)

因此，宏和它调用的函数必须处于相同的词法级别，彼此相邻，并且不能创建新的词法环境(macrolet(供后续代码嵌套在其中。

这一切都可以正常工作，除了我当时碰巧在let绑定内;因为所讨论的函数必须引用此绑定中的变量。

请注意，可以从绑定外部访问宏：

(let ...)
(defmacro my-macro ...)
(my-macro)

在我看来，在let绑定中定义的宏只能在绑定结束后访问，这似乎是荒谬的。Lisp 中没有其他东西是这样表现的。

Answer 1

局部宏可以用 MACROLET 定义。

此外，我不知道为什么在 let 绑定下定义宏应该失败的正当理由。

它不会失败。只是在编译时不可用，如果您只是编译文件或编译表达式。如果定义不在顶层，编译器不会在编译时环境中提供defmacro定义。在progn内部，它将处于顶层，但不是在let内。

请记住：SBCL使用编译器将Lisp源代码编译为机器代码。它执行机器代码。

让我们看一下您的示例：

(let ((a nil))
(defmacro testmacro ())
(testmacro))

通常，将全局宏放入 LET 是一种不好的做法，很难理解它实际上应该做什么。a的绑定应该有什么影响？请记住，编译器在执行之前编译代码。

假设我们有 SBCL 并且 SBCL 加载了一个具有上述形式的文件：

(load "foo.lisp")

SBCL现在做：读取整个表单，编译整个表单，执行整个表单。按此顺序。

SBCL阅读第一种形式。这相当于：

CL-USER 155 > (read-from-string "(let ((a nil))
(defmacro testmacro ())
(testmacro))")
(LET ((A NIL)) (DEFMACRO TESTMACRO NIL) (TESTMACRO))

因此，我们有数据。

下一步是 SBCL编译该代码。

• 它看到一个 LET 表达式。它为 LET 绑定创建代码。它不执行 LET。我们只是在编译它。
• 然后编译 LET 的主体
• 它看到一个 DEFMACRO 形式：宏被扩展并编译为机器代码。它不执行 DEFMACRO。我们只是在扩展和编译它。
• 它看到一个 TESTMACRO 形式：它不知道它是什么。它将其编译为对未定义函数的函数调用，并警告未定义的函数

下一步是 SBCL执行编译后的代码

• 它运行编译的 LET 表单并为a创建绑定
• 然后它执行 LET 的主体
• 它执行编译的 DEFMACRO 表单：定义一个名为TESTMACRO的全局宏
• 它执行编译的 TESTMACRO 表单：函数被调用。它没有定义。发出错误信号。

这一切都是合乎逻辑的，绝不是absurd.SBCL 首先读取 LET，然后将 LET 编译为机器代码，然后运行机器代码。

这是三个独立的步骤：读取时、编译时、运行时。

让我们在 REPL 中尝试一下：

首先，我们正在阅读表格

* (read-from-string "(let ((a nil))
(defmacro testmacro ())
(testmacro))")
(LET ((A NIL))
(DEFMACRO TESTMACRO ())
(TESTMACRO))
129

然后我们编译表单：

* (compile nil `(lambda () ,*))
; in: LAMBDA ()
;     (LET ((A NIL))
;       (DEFMACRO TESTMACRO ())
;       (TESTMACRO))
; 
; caught STYLE-WARNING:
;   The variable A is defined but never used.
; in: LAMBDA ()
;     (TESTMACRO)
; 
; caught STYLE-WARNING:
;   undefined function: COMMON-LISP-USER::TESTMACRO
; 
; compilation unit finished
;   Undefined function:
;     TESTMACRO
;   caught 2 STYLE-WARNING conditions
#<FUNCTION (LAMBDA ()) {226B025B}>
T
NIL

你可以看到SBCL告诉我们一些问题。TESTMACRO未定义。

现在我们运行代码：

* (funcall *)
STYLE-WARNING:
TESTMACRO is being redefined as a macro when it was previously assumed to be a function.
debugger invoked on a UNDEFINED-FUNCTION in thread
#<THREAD "main thread" RUNNING {10004F84C3}>:
The function COMMON-LISP-USER::TESTMACRO is undefined.
Type HELP for debugger help, or (SB-EXT:EXIT) to exit from SBCL.
restarts (invokable by number or by possibly-abbreviated name):
0: [CONTINUE      ] Retry calling TESTMACRO.
1: [USE-VALUE     ] Call specified function.
2: [RETURN-VALUE  ] Return specified values.
3: [RETURN-NOTHING] Return zero values.
4: [ABORT         ] Exit debugger, returning to top level.
("undefined function")
0] 

正如预期的那样 - 编译器确实警告我们：函数TESTMACRO未定义。

如果希望 SBCL 编译宏窗体，则必须确保宏窗体在编译时是已知的。