Ist eine statisch typisierte vollständige Lisp-Variante möglich?

Wenn alles, was Sie wollte, war eine statisch typisierte Sprache, die sah aus wie Lisp, könnten Sie das tun, ziemlich leicht, durch die Definition einer abstrakten syntax-Baum für Ihre Sprache und dann Zuordnung, AST-S-Ausdrücke. Aber ich glaube nicht, dass ich nennen würde, das Ergebnis Lisp.

Wenn Sie etwas wollen, das wirklich Lisp-y-Merkmale neben der syntax, ist es möglich, dies zu tun, mit einer statisch typisierten Sprache. Es gibt jedoch viele Eigenschaften, Lisp, die sind schwer zu bekommen, viele nützliche statische Typisierung aus. Um dies zu verdeutlichen, werfen wir einen Blick auf die Struktur der Liste selbst, genannt die Nachteiledie Formen der primären Baustein von Lisp.

Aufruf der Nachteile einer Liste, obwohl (1 2 3) sieht aus wie einer, ist ein wenig irreführend. Zum Beispiel, es ist überhaupt nicht vergleichbar zu einer statisch typisierten Liste, wie C++'s std::list oder Haskell-Liste. Diese sind single-dimensional verknüpften Listen, in denen alle Zellen vom selben Typ sind. Lisp gerne können (1 "abc" #\d 'foo). Plus, selbst wenn Sie erweitern Ihre statisch-typisierte Listen-cover-Listen-of-Listen, die Art der Objekte erfordert, dass jeder element der Liste ist eine Teilliste. Wie würden Sie sich darstellen ((1 2) 3 4)?

Lisp conses bilden eine Binär-Baum mit Blätter (Atome) und Zweige (conses). Weiter, die Blätter eines solchen Baumes enthalten kann jede Atomare (nicht-Nachteile) Lisp-Typ! Die Flexibilität dieser Struktur ist, was macht Lisp so gut im Umgang mit symbolischen Berechnung, ASTs und transformieren von Lisp-code selbst!

So, wie würden Sie das Modell, beispielsweise eine Struktur, die in einer statisch typisierten Sprache? Lassen Sie uns versuchen, es in Haskell, die eine extrem leistungsstarke und präzise statische Typsystem:

type Symbol = String
data Atom = ASymbol Symbol | AInt Int | AString String | Nil
data Cons = CCons Cons Cons 
            | CAtom Atom

Ihre erste problem ist der Umfang des Atom-Typs. Klar, wir haben noch nicht nahm einen Atom-Typ von ausreichender Flexibilität, um alle Arten von Objekten wir wollen die Schlinge um in conses. Anstatt zu versuchen, die Verlängerung der Atom-Daten-Struktur, wie oben aufgeführt (die kann man deutlich sehen, spröde ist), sagen wir, wir hatten eine Magische Art Klasse Atomicdass sich all die Typen, die wir machen wollten, atomic. Dann könnten wir versuchen:

class Atomic a where ?????
data Atomic a => Cons a = CCons Cons Cons 
                          | CAtom a

Aber das wird nicht funktionieren, weil es erfordert, dass alle Atome in der Struktur von gleichen geben. Wir wollen, dass Sie in der Lage sein zu unterscheiden, von Blatt zu Blatt. Ein besserer Ansatz erfordert die Verwendung von Haskell ist existentiellen Quantoren:

class Atomic a where ?????
data Cons = CCons Cons Cons 
            | forall a. Atomic a => CAtom a 

Aber jetzt kommen Sie zum Kern der Sache. Was können Sie tun, mit die Atome in dieser Struktur? Welche Struktur haben Sie gemeinsam, die modelliert werden könnten mit Atomic a? Welche Ebene Art Sicherheit sind Sie garantiert mit so einem Typ? Hinweis: wir haben Sie nicht alle Funktionen unserer Art Klasse, und es gibt einen guten Grund: die Atome teilen nichts gemeinsam in Lisp. Ihre Supertypen in Lisp heißt einfach t (D. H. oben).

Um Sie zu nutzen, Sie hätte zu kommen mit Mechanismen zu dynamisch zwingen den Wert eines atoms zu etwas, was Sie eigentlich können. Und an diesem Punkt haben Sie im Grunde implementiert eine dynamisch typisierte subsystem innerhalb Ihrer statisch typisierten Sprache! (Kann man nicht helfen, aber beachten Sie eine mögliche Folge Greenspun ' s Tenth Rule of Programming.)

Beachten Sie, dass Haskell bietet Unterstützung nur für solche dynamische subsystem mit einem Obj Art, in Verbindung mit einem Dynamic Art und Typeable Klasse zu ersetzen unsere Atomic Klasse, die es erlauben, beliebige Werte gespeichert werden, mit deren Typen und expliziter Zwang, der wieder aus diesen Typen. Das ist die Art von system, das Sie brauchen, um für die Arbeit mit Lisp-cons-Strukturen in Ihrer vollen Allgemeinheit.

Was man auch tun kann ist den anderen Weg gehen, und einbetten einer statisch typisierten subsystem innerhalb einer im wesentlichen dynamisch typisierte Sprache. Dies ermöglicht es Ihnen den Vorteil der statische Typ-Prüfung für die Teile des Programms können die Vorteile der strengere Typ-Anforderungen. Dies scheint der Ansatz, der in CMUCL die eingeschränkte form des genaue Typ-überprüfungzum Beispiel.

Schließlich gibt es noch die Möglichkeit, zwei separate Teilsysteme, dynamisch und statisch typisiert, dass Sie contract-Stil der Programmierung zu helfen navigieren den übergang zwischen den beiden. So kann die Sprache aufnehmen Verwendungen von Lisp, wo statische Typ-überprüfung wäre mehr ein Hindernis als eine Hilfe, sowie Anwendungen, bei denen statische Typ-Prüfung wäre von Vorteil. Dies ist der Ansatz von Eingegeben Schlägerwie Sie sehen werden, aus den Kommentaren, die Folgen.

InformationsquelleAutor der Antwort Owen S.

Dylan: http://visualization.dylan-user.org/diploma.pdf

InformationsquelleAutor der Antwort Rainer Joswig