如何使用动态变量和中止控制在方案中定义异常？

Question

我在使用动态范围变量和 abort.

实现异常（handle 和 raise）时遇到问题

这个问题来自阅读论文 A syntactic theory of dynamic binding，第 6 节图 7。

我所尝试的似乎在 try 块内抛出异常以及在 try 块内的 try 块内抛出异常时都能正常工作。

无法正常工作的是从处理程序内部抛出异常。在这种情况下，它应该中止到下一个尝试块。

你可以在这里看到我在球拍方案中的工作，以及 2 个测试程序。测试 1 正在运行，测试 2 失败。

#lang racket

;; A Syntactic Theory of Dynamic Binding - Luc Moreau
;; https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2FBFb0030637.pdf

(require racket/control)

(define x_ed (make-parameter 'x_ed))

; NOTE: (abort ..) is the same as (shift k ..) where you don't use k
; NOTE: in (handle f M) we call f the handler and M the try block

; v1
;(define-syntax handle
;  (syntax-rules ()
;    ((handle f M)
;     (parameterize ((x_ed (lambda (v) (abort (f v))))) M))))
; v2
;(define-syntax handle
;  (syntax-rules ()
;    ((handle f M)
;     (reset (parameterize ((x_ed (lambda (v) (abort (f v))))) M)))))
; v3
;(define-syntax handle
;  (syntax-rules ()
;    ((handle f M)
;     (parameterize ((x_ed (lambda (v) (abort (f v))))) (reset M)))))
; v4
(define-syntax handle
  (syntax-rules ()
    ((handle f M)
     (let ((old-x_ed (x_ed)))
       (parameterize ((x_ed (lambda (v)
                              (abort (parameterize ((x_ed old-x_ed))
                                       (f v))))))
         (reset M))))))
(define-syntax raise
  (syntax-rules ()
    ((raise v) ((x_ed) v))))

(define (print x) (write x) (newline))

(define (test-1)
  (print "level-1 open")
  (handle (lambda (v)
            (print "level-1 caught"))
          (begin
            (print "level-2 open")
            (handle (lambda (v)
                      (print "level-2 caught"))
                    (begin
                      (print "level-3 open")
                      (raise #t)
                      (print "level-3 close")))
            (print "level-2 close")))
  (print "level-1 close"))

(define (test-2)
  (print "level-1 open")
  (handle (lambda (v)
            (print "level-1 caught"))
          (begin
            (print "level-2 open")
            (handle (lambda (v)
                      (print "level-2 caught")
                      (raise #t))
                    (begin
                      (print "level-3 open")
                      (raise #t)
                      (print "level-3 close")))
            (print "level-2 close")))
  (print "level-1 close"))

;v1
;> (test-1)
;"level-1 open"
;"level-2 open"
;"level-3 open"
;"level-2 caught"

;v2 and v3
;> (test-1)
;"level-1 open"
;"level-2 open"
;"level-3 open"
;"level-2 caught"
;"level-2 close"
;"level-1 close"

;v2 and v3
;> (test-2)
;...
;"level-2 caught"
;"level-2 caught"
; infinite loop

;v4
;> (test-2)
;"level-1 open"
;"level-2 open"
;"level-3 open"
;"level-2 caught"
;"level-1 caught"
;"level-2 close" <--- we don't want this to happen
;"level-1 close"

多亏了答案，我才能够想出这个工作版本：

(define-syntax handle
  (syntax-rules ()
    ((handle f M)
     (prompt0
      (parameterize ((x_ed (lambda (v)
                             (control0 k (f v)))))
        M)))))

Answer 1

(编辑：关于能够通过使用特殊的控制运算符来实现更多 space-efficient 我错了。可以使处理程序运行在 handle 形式的尾部位置，但我不知道有什么方法可以评估尾部位置的 body。）

~~首先，您是否专门尝试实现异常处理，其中 handle 表单的 body 相对于 handle 处于尾部位置形成自己？如果不是，~~根据简单的转义延续，有更直接的方法来实现异常处理。

~~如果您真的想实现 "safe for space" 或 "properly tail recursive" 异常处理，请继续阅读。~~

以 safe-for-space 方式实现 handle 的挑战在于，为了避免在 "no exception raised" 路径中插入额外的堆栈帧，您需要能够在该上下文中使用 expression 展开堆栈并恢复计算。或者等效地，通过在该上下文中调用过程来恢复评估。这与 call/cc 提供的不同；它只允许您展开堆栈，然后立即 return 一个值到该上下文中。

你可以用 call/cc 模拟额外的能力，代价是插入一个额外的栈帧（所以 body 不在尾部位置）：

;; call/cc :       ((Any      -> None) -> Any) -> Any

;; call/cc/apply : (((-> Any) -> None) -> Any) -> Any
(define (call/cc/apply proc)
  ((call/cc (lambda (k) (let ([v (proc k)]) (lambda () v))))))

额外的堆栈帧来自 call/cc 表达式结果的应用。

~~你能消除对额外堆栈帧的需求吗？是的！但不是 shift 和 reset.~~

您运行遇到的问题是 (abort e)（其中 abort 对应于 Felleisen 和 Hieb 的 A 运算符）是不等同于(shift _ e)。如果您查看 docs for shift and reset，您会看到以下缩减规则：

(reset val) => val
(reset E[(shift k expr)]) => (reset ((lambda (k) expr)
                                     (lambda (v) (reset E[v]))))
  ; where E has no reset

也就是shift不去掉它的定界reset，就是那个固执的reset不让你跳出来您的 2 级处理程序直接到您的 1 级处理程序，而无需运行ning (print "level-2 close")。您需要选择一个分隔符和一个允许您删除分隔符的控制运算符。

您不能使用 reset 和 shift。
您不能使用 prompt 和 control.
您可以使用 prompt0 和 control0.
您可以使用 % 和 fcontrol（以及正确的处理程序）来完成。
当然，您可以使用 call-with-continuation-prompt 和 abort-current-continuation（以及正确的处理程序）来完成。

如何使用动态变量和中止控制在方案中定义异常？

How to define exceptions in scheme using a dynamic variable and abortive control?

theory

scheme

continuations

exception

racket