我如何判断 elisp 表达式是否纯粹且恒定？

Question

在某些时候，Emacs 添加了 pure 符号属性，表明哪些函数是已知的纯函数（参见 here）。有没有办法使用这个属性来确定整个表达式是否恒定且无副作用？例如，很容易确定 (car '(1 2 3)) 是一个常量表达式，因为 car 是一个纯函数（即 (get 'car 'pure) returns t）而 '(1 2 3) 是引用的形式。但是，还有更复杂的表达式，例如涉及特殊形式，仍然不变：

(let ((a (+ 1 2))
      (b (- 5 5)))
  (if (> b 0)
      a
    (- a)))

值得注意的是，let 和 if 都没有被标记为纯的，但这仍然是一个计算结果为 -3 的常量表达式。

有什么方法可以取任意表达式并确定它是否为常量？我知道有 unsafep，它似乎实现了必要的表达式树遍历，但它正在评估与“常量”不同的标准，所以我不能直接使用它。

假设 none 标准 Elisp 函数、宏或特殊形式（car、let、if 等）的定义是正确的已修改。
为了我的目的，“常量”是使用 equal 定义的。因此，一个函数 return 每次调用时都会生成一个新列表且内容相同，这将被视为常量。
我知道有一些常量表达式涉及不纯函数，例如(nreverse '(1 2 3))。我不介意算法是否遗漏了这样的表达式。

万一重要，我想这样做的原因是我正在实现一个 elisp 宏，其中出现在特定上下文中的常量表达式在语法上是有效的，但它们的 return 值将被忽略，使它们毫无意义，并且可能是程序员误解的结果。因此，如果宏在此上下文中看到常量表达式，我想发出警告。

Answer 1

Is there any way I can take an arbitrary expression and determine whether it is constant?

没有

首先，每当 lisp 解释器看到一个符号时，如果它以前从未见过，它就会被驻留在 obarray（对象数组）中。所以在非常严格的意义上，大多数函数都不能没有副作用。

此外，根据定义，某些操作具有副作用。例如，IO 在读取 stdin 或写入 stdout/stderr.

时会产生副作用

所以我们需要将side-effect-free的定义限制为不改变外部状态。例如，以下不能是 side-effect-free:

;; If a function modifies one of its input argument
(defvar foo nil)
(funcall (lambda () (setq foo t)))

;; If a function modifies a free variable. Here `free variable` means any non-constant ;; symbol from the enclosing environment
(funcall (lambda (x) (setq x t)) foo)
(funcall (lambda (x) (makunbound x)) 'foo)

;; If a function initialize a variable in the enclosing environment
(funcall (lambda (x) (defvar bar nil)))

其次，pure 函数必须是 side-effect-free AND returns 给定相同输入的相同输出。

constant 在此上下文中并不意味着符号具有不变的值。这意味着可以在编译时知道 sexp 的值。这与 referential transparency 有关，但不相等。如果 sexp 是 constant，字节编译器可以简单地用它的值替换 sexp。

也就是说，(declare (pure t)) 告诉编译器，如果这个函数的所有输入参数都是常量（它们在编译时已知），则可以在编译时计算输出。

判断一个函数是否为side-effect-free，只需要查看符号的属性side-effect-free或pure即可。或者您可以使用：

(defun side-effect-free-p (function)
  (and (symbolp function)
       (or (function-get function 'pure)
           (funciton-get function 'side-effect-free))))

同样，

(defun pure-p (function)
  (and (symbolp fucntion)
       (function-get function 'pure)))

绝大多数函数既不是side-effect-free也不是pure，但在具体调用时可以是side-effect-free或pure。例如，

;; `let` - pure and side-effect free
(let ((foo nil))
  nil)

;; `let` - neither pure nor side-effect free
(defvar bar t)
(let ((foo (setq bar nil))) ; modified outside state, bar
  nil)

;; `let` - not pure but side-effect free
(let ((foo (current-time))) ; the first argument to let, not constant
  foo)
(let ()           ; empty local binding specification
  (current-time)) ; the second argument to let, it's not constant

我如何判断 elisp 表达式是否纯粹且恒定？

How can I tell if an elisp expression is pure and constant?

expression

elisp

constant-expression