最美丽的编程语言Scheme——对过程的更详细地研究以及高阶函数

我们之前提到了复合过程，讲解了Scheme中复合过程如何定义。但是，我们之前的过程的定义都是比较简单的，甚至没有用到我们在C/C++中所谓的局部变量。下面我们将研究一下Scheme中的过程对全局变量、局部变量的访问情况。

（注：这里会将过程（Procedure）和函数（Function）这两个概念混用，我们后面会讲到Lambda，其实Lambda是真正意义上的函数）



在Scheme中，我们在一个过程中可以访问一个全局变量：

(define (func x) (+ x g_var))
;Value: func
(func 10)
;Unbound variable: g_var
;To continue, call RESTART with an option number:
; (RESTART 3) => Specify a value to use instead of g_var.
; (RESTART 2) => Define g_var to a given value.
; (RESTART 1) => Return to read-eval-print level 1.
;Start debugger? (y or n):

我们在上面定义了一个过程func，然后改过程计算参数x和全局变量g_var的值。

我们在未定义g_var的情况下，解释器会报错，提示g_var未被绑定。

(define g_var 100)
;Value: g_var
(func 10)
;Value: 110

当我们定义了g_var以后，我们再次调用func过程，会得到正确的结果。



在Scheme中，局部变量的作用域的特征与传统的命令式语言，如C/C++一样，如果在一个过程中定义了一个与全局变量相同名字的局部变量，那么在此过程中所引用的该名字的变量将是局部变量而不是全局变量，比如：

(define (proc x)
    (define g_var -100)
    (+ x g_var))
;Value: proc
(proc 10)
;Value: -90
(func 10)
;Value: 110

在上述代码中，我们定义了一个proc过程，里面定义了一个与全局变量g_var相同名字的局部变量，我们最后将参数x与局部变量g_var相加获得返回值。

从结果上可以看出，形参x将与局部变量g_var相加，因而获得-90这一结果。

我们再看一下一下情况：

(define (proc x)
    (define y (/ g_var 100))
    (define g_var (+ y 1))
    (+ x y g_var))
;Premature reference to reserved name: g_var
;To continue, call RESTART with an option number:
; (RESTART 3) => Return to read-eval-print level 3.
; (RESTART 2) => Return to read-eval-print level 2.
; (RESTART 1) => Return to read-eval-print level 1.
;Start debugger? (y or n): n

我们会发现这个有个错误——“对所保留名字的率先使用”。什么意思呢？

因为我们在定义y的时候引用了全局变量g_var。当我们定义proc内部的局部变量g_var时，又引用了我们刚才所定义的y。这时，解释器会用正则式把y的表达式进行展开做语法检查，发现y所绑定的表达式中已经用了g_var，但是这个g_var在定义我们局部变量g_var时已经是一个内部保留变量名了，而不是指全局的那个g_var，因此发生了解释错误。由此我们可以看到Scheme在解释的时候仍然会把我们定义的变量做展开，然后检查整个表达式的语法，最后再对表达式做计算。

而下面的表达式则是正确的：

(define (proc x)
    (define y (/ g_var 100))
    (define z (- g_var 1))
    (+ x y z))
;Value: proc
(proc 10)
;Value: 110

我们从上述例子中能看到，其实Scheme中的define与其说是定义，倒不如所与C/C++中的宏——#define更相近。Scheme在做语法分析时会把define后面的变量用表达式来替换，然后再做计算。这样，在Scheme中，就有理由支持更强大的一些功能。

我们学过JavaScript的，或是C++的会知道“函数对象”这个概念。在JavaScript中，一个函数可以返回一个函数自己。而在C语言中可以返回一个函数指针变量，而在C++中又可以返回一个函数的引用或者是用类来封装某个函数，把这个类的对象称之为“函数对象”。

这个在Scheme中将会显得非常自然：

(define (high-order-function)
    (define (proc x) (+ x 1))
    proc)
;Value: high-order-function
((high-order-function) 100)
;Value: 101

这里，我们定义了一个叫high-order-function的过程，这个过程中又定义了一个内部过程proc，它执行一个加1功能，最后返回proc。

由于，当我们调用（high-order-function）过程后，返回的是proc，并且它带有一个参数，因此，我们再把实参传递进去，最后得到结果。我们把这种返回结果是一个过程，或参数是一个过程的函数称为高阶函数(High Order Function)。



我们可以再看一个更复杂些的：

(define (high-order-function func)
    (define (proc x) (func (- x 1)))
    proc)
;Value: high-order-function
(define (square x) (* x x))
;Value: square
((high-order-function square) 3)
;Value: 4