变量

这是一篇关于对象object变量 variable命名空间names的思维导图，主要内容包括：第一性原理 推导变量机制，python，变量 variable，lisp，生存期 extent，作用域 scope，引用 reference，绑定 binding，变量名称 variable name，命名空间 namespace，对象 object，鸿蒙初开, 有内存和cpu。

对象object 变量 variable 命名空间namespace 变量名称variable name 绑定binding 引用referencing 作用域scope 生存期extent

• 第一性原理 推导变量机制
• 鸿蒙初开, 有内存和cpu
  • 内存是一个硬件 可以储存二进制状态 010101... 内存中可以划分一个区域, 存储一个数据对象 例如一个整数 123
  • cpu是计算用硬件 可以对内存中的数据进行运算 例如对 123 乘2, 得到 456. 运算结果可以返回给内存中, 划分一个区域存储.
• 对象 object
  • 对象是内存中分配好的一段 表示一个值. 创建后在内存中存在, 直到手动销毁 或被机制销毁(gc)
• 变量 variable
  • 一个对象创建后, 需要在程序其他部分被引用到, 其他部分包括空间上的距离 和 时间上的距离 变量是一个名字, 指向对象. a variable is a name refers to a value. 从名称到对象的映射关系. 变量在下文中指映射关系本身. 作为名字的符号/字符串称为变量名称.
• 变量名称 variable name
  • 命名空间中一个唯一的, 不会重复的标识符, 作为变量的名称name. python用字符串, lisp用符号.
    • 命名规则
      • 1 蛇形 下划线连接
        • happy_ hacker
      • 2 驼峰 单词首字母大写
        • HappyHack
      • 3 脊柱 -号连接
        • happy-hacker
• 命名空间 namespace
  • 存放变量名 到 对象地址 到映射关系的容器。 python用字典作为命名空间的实现 key是变量名称字符串 value是对象的地址
• 绑定 binding
  • 添加一条从变量名称 -> 对象的映射关系 存入命名空间
• 引用 reference
  • 用变量名称 从命名空间中取回绑定的对象
• 作用域 scope
  • Scope refers to the places in a program where a variable is visible and can be referenced. 作用域是程序中的一个文本范围, 其中变量是可见的, 对变量名的引用可以生效
  • 最初的作用域 一个全局生效的作用域字典 变量名是全局变量名 重复的名称覆盖之前的绑定
    • 一个作用域全局生效 生存期也等于全局(直到被手动删除) 早期的语言都这样 汇编 BASIC FORTRAN
    • 问题 变量名冲突 无法模块化开发
      • 程序所有部分不能有重名变量 否则会覆盖前一个的绑定 程序变大后难以协作开发 变量名越来越不够用
      • It is considered good programming practice to make the scope of variables as narrow as feasible so that different parts of a program do not accidentally interact with each other by modifying each other's variables.
  • 模块化的需求
    • 整个程序分成不同区域(块 函数). 区域内部的变量对外部不可见, 不同区域就不用考虑变量重名的问题了, 可以多人并行 模块化开发. 思路1 每个子区域给个作用域字典, 在区域内部生效. 可以嵌套. 重叠部分 最内层的生效. 一个变量名可以同时存在于多个作用域字典里. 思路2 变量名是全局唯一的, 每个变量名带一个FILO的绑定栈. 全局的绑定在栈底, 进入各个区域后, 结构内的赋值添加绑定到栈顶, 退出结构时, 弹出添加的绑定. 效果上, 也是可以嵌套, 当前最内层压入的绑定生效.
    • 模块化后 变量可以分为 全局(global)变量 和 局部(local)变量 全局生效的绑定 和 在局部子结构内部生效的 对于局部结构内 变量可以分为 本地绑定的(bound) 和 自由的 (free) 前者是结构内部有赋值的 后者是结构内部没有 要到外侧找的
  • 模块化的思路1 词法/静态作用域 在全局作用域(字典)外 每个子结构有自己的作用域(字典) 结构内部生效 编译时确定 区域是固定的 所以叫做词法作用域 固定的区域编译时就固定 运行时不变 所以叫静态作用域 嵌套时 最内层的生效
    • C Algol-like languages 绝大多数现代语言都是这种
    • 优点是人/编译器, 检查代码就可以确定变量名指向的对象的定义是哪个 虽然值不一定是确定的
    • 拥有自己作用域的结构
      • 全局作用域 global scope
        • 全局的命名空间 一个字典
      • 块作用域 block scope
        • 在代码块内部生效的绑定. 例如函数内部 条件语句内部 循环语句内部
          • for (i = 0; i < N; ++i) { /******************************/ /* printf("%d \n", i); */ /* i = i + 1; */ /******************************/ //scope of i } int n = 1; { int n = 2; /********************/ /* n = n + 1; */ /* n = n + 2; */ /* n = n + 3; */ /* printf("%d", n); */ /********************/ // scope of inner n } int factor(int n) { int i = 0; /**********************************/ /* int res = 1; */ /* for (i = 1; i < n; i++) */ /* { */ /* res = res * i; */ /* } */ /* return res; */ /**********************************/ // scope of i }
      • 函数作用域 function scope
        • 函数调用时绑定形参到传入的实参, 作用域范围是函数体
          • int add (int a, int b) { /**********************************/ /* int i = 0; */ /* for (i = 0; i < a; i++) */ /* { */ /* b = b + 1; */ /* } */ /* return b + a - a; */ /**********************************/ //scope of a and b }
      • 模块作用域 module scope
        • 名字的作用域是一个模块, python是典型的例子
  • 模块化的另一个思路 全局/动态作用域 不是一个名字同时存在于多个作用域字典 而是全局一个名字, 每个名字带FILO的绑定栈 进入子结构时可以赋值压入绑定, 退出结构时弹出 效果也是最内层压入的生效 全局指名字全局生效 动态指不是编译时确定文本范围 而是运行时 在绑定栈里现查
    • 早期的lisp只有这个 (emacs lisp) 后来scheme改用词法作用域 后来的common lisp 默认是词法的 可以声明动态的全局变量
    • 变量名随时指向最近一次绑定(且未从栈中弹出)的值 范围是全局可用 编译时无法确定作用域的文本范围 运行时在栈顶找最近一次压入的 生效
  • 词法与动态的对比
    • 对一个结构中的 非自由变量(本地有赋值的) 动态作用域和词法作用域效果一样 都按最内层的绑定来 对于自由变量 词法作用域的会捕获嵌套外层字典的绑定(闭包) 动态作用域的不会 还是绑定栈现查
    • 因为文本的嵌套关系时固定的 所以闭包捕获的绑定关系也是编译时确定的 词法作用域就是静态的文本作用域 而动态作用域的绑定栈可以在运行时压入/弹出绑定, 编译时无法确认哪个文本区域的绑定在生效, 引用时取当时栈顶的 所以称为动态的
• 生存期 extent
  • 一个绑定 从开始到失效的 时间范围 绑定可引用到对象的时间范围 等于对象在内存里存在的时间范围
    • 典型的 C语言 函数形参的生存期是从函数调用开始 到函数返回结束
  • 动态生存期
    • 进入结构时开始 退出结构时销毁 比如C语言的函数形参
  • 未定义生存期
    • 没有固定的开始结束位置 引用计数不为零则持续存在 引用计数归零被gc清理
• lisp
  • 绑定的作用域
    • 词法 静态作用域 lexical/static scope
      • 词法是指, 只在固定的文本范围内, 绑定生效, 例如函数形参的作用域是函数body. 静态是指, 生效范围在编译时就确定, 运行时不变, 是静态的. 如果没有绑定的对象, 编译时就会报错. 实现上是嵌套的字典 每个子结构一个字典
        • lisp中的变量默认词法作用域
    • 全局 未定义 动态作用域 global/indefinite/dynamic scope
      • 全局是指 没有固定的文本范围, 程序整体都可以查找当时的绑定 未定义是指, 不是在编译时确定的范围, 而是运行时, 在符号全局的绑定栈里查找, 顶上最新的一个生效 按绑定栈当时的内容来 不是编译器确定了的 如果绑定栈里没有 编译时不会报错 会在运行时报错 实现上每个intern的符号 带一个全局的绑定栈 可以用symbol-value从里边索引
        • 声明为特殊的变量 defvar defparamerter的
  • 对象的生存期
    • 动态生存期 dynamic extent
      • 一个对象 在结构开始时创建 退出是销毁
        • C语言的函数入参 函数调用时创建 函数返回时销毁
        • lisp中特殊变量的绑定 内层结构进入时创建 退出时销毁 不能被闭包捕获
    • 未定义生存期 indefinite extent
      • 一个对象，只要引用计数不为零，则持续存在。引用计数归零后被gc清理
        • C语言中的全局变量
        • lisp中绝大多数对象是这个
  • 普通变量
    • 词法作用域 + 未定义生存期 在静态的代码范围生效 生存期看引用计数 归零的被清理 可以被闭包捕获
      • 引用普通变量时 固定是定义位置 词法范围里的绑定生效
  • 特殊变量
    • 未定义作用域 + 动态生存期 作用域没有固定的范围 理论上全局可ref 运行时从绑定栈里找最顶上的 绑定内层赋值时 往全局的绑定栈里压入 内层退出时从绑定栈中弹出销毁 内层的绑定 结构退出后必销毁 生存期是动态的 不可被闭包捕获
      • 引用特殊变量时 是引用时间之前, 最近一次 最内层的绑定生效
  • catch throw的tag
    • 未定义作用域 + 动态生存期 (和特殊变量一样)
  • block do prog 的退出名字
    • 词法作用域 动态生存期
  • go tagbody的 tag
    • 词法作用域 动态生存期
  • 变量同名时 内层的生效 shadowing外层的
  • lambda 函数可以捕捉环境里用到的普通变量作为闭包 但是捕捉不了被声明为特殊变量的. 所以特殊变量需要被显式的在名字里区分 前后加上星号
    • *global-var1*
• python
  • 作用域只有词法作用域
    • 默认按LEGB顺序从内向外查找
    • 关键词可以指定查找位置
      • global 只在Global找
      • nonlocal 只在Enclosing找
  • 生存期只有未定生存期
    • 引用计数不归零就存在 归零被gc清理