R6RSのマクロ展開フェーズ

日本語で解説してる記事があまりにも少ないのと、これを毛嫌いしてる人が多いので何か書いてみる。随分前にチラッと書いてたりするが、単なる調査用の記事だったのである程度まじめに解説する。英語だとこれが詳しい。

はじめに、なぜフェーズなどというものが必要か？
R6RSでは低レベルマクロであるsyntax-caseがある。これはdefine-syntax内で内部定義を可能にする。マクロとはコンパイラがコンパイル時に(もしくはそれ以前)に定義に従って式を別の式に展開するのだが、以下のようにマクロ定義内に別のマクロ定義があるとそのマクロは何時展開するのかということが問題になる。

#!r6rs
(import (for (rnrs) run expand))

(define-syntax foo
  (lambda (x)
    (define-syntax bar
      (syntax-rules ()
        ((_) #''foofoo)))
    (syntax-case x ()
      ((_)
       (with-syntax ((name (bar)))
         #'name)))))
(foo) ;; -> foofoo

これを解決するのがフェーズというわけである。マクロbarはマクロfooが展開される前に展開される必要がある。ではbar内で使われているsyntax-rules等の名前を解決する必要がある。フェーズとはその名前解決が行われる段階を明示的に指定したものと思えばよい。runとexpandが名前つきで提供されているが、これらは(meta 0)と(meta 1)の別名である。

フェーズとはマクロ内マクロで使われるものである
間違いを恐れずに言い切ってしまえば、フェーズとは上記の場合にのみ考慮に入れる必要があるものだ。もちろん他のライブラリで定義されたマクロもこれに含まれる。

メタレベルの必要性
R6RSのマクロフェーズにはメタレベルなるものがある。デフォルトのrunとexpandで足りない場合はユーザが(meta 2)等適当に指定することができる。 これは本当に必要なのか？結論を言えば必要である。メタレベルはマクロ内マクロが多段になると必要になる。以下のコードがそうだ。

#!r6rs
(import (for (rnrs) run expand (meta 2)))

(define-syntax meta0
  (lambda (x)
    (define-syntax meta1
      (lambda (x)
        (define-syntax meta2
          (lambda (x)
            (syntax-case x ()
              ((_) #'(generate-temporaries '(a))))))
        (syntax-case x ()
          ((_) 
           (with-syntax (((name) (meta2)))
             #'#'name)))))
    (define (gen-name) (meta1))
    (syntax-case x ()
      ((_)
       (with-syntax ((name (gen-name)))
         #'(display 'name))))))


(meta0) ;; -> prints temporary symbol

見た目に分かりやすいようにマクロの名前は各メタレベルにしてある。こんなコード書くやついねぇよ！と思うかもしれないが、例示できるコードレベルで出るということは必ず誰かは使うということである。明示的か暗黙的にかは別にしてもだ。

R7RSではどうなるか？
R7RSもlargeではexplicit renamingが取り込まれる方向に進むと思われるのだが、まだ議論すら始まっていない状態なのでなんとも言えない。ただ、フェーズは毛嫌いしてる人が多い(自分含む、要出展)のとR7RSが提供するdefine-libraryにはフェーズ指定をするキーワードは提供されていないので、暗黙の内に解決する方向に行くのではないかと思っている。