SICP第三章总结（上）——可变量与环境

因为各种事情，中间隔了很长时间没有更新有关SICP的总结了。因为第三章涉及到的东西实在太多，一篇文章来总结完似乎不太现实，因此将第三章的总结分为两个部分，上半部分是有关可变的变量和环境，下半部分是流编程。我刚开始看SICP的时候，是为了学lisp，但是看到第三章才真正意识到SICP的重点是什么，看它的书名就知道，这不是一本讲解一门语言的书，而是讲有关程序构造和解释的书，对语言的构造了解多一些，不管用什么语言，都很容易用上其中的思想。在第三章，作者深入讨论了在命令式语言中我们习以为常的事情——赋值所带来的影响。虽然这不是一本讲解编程语言的书，但是由于前几篇博客都是介绍了语法，我们还是遵守这种习惯吧，继续讲解Scheme的语法吧。这本书讲的不是语言，但是语言在这本书中还是一个很重要的工具的。其实所谓Scheme的语法，只是一些保留字，方便我以后查询。

一、变量的赋值

在SICP前面的学习中很多人肯定发现了，在Scheme中，基本上所有的操作都是不改变变量原有的值。比如一个函数的作用是将一个列表中的值反转，那么它只是返回这个列表反转后的值，而不是改变这个列表。因为在数学的世界里，一个函数也好，变量也好，它所代表的值不应该总是改变的。但是在现实世界中，一些状态却总是随时间改变，如果语言支持赋值，也许在写有关真实世界的模型时就会方便一些。但是我们将会看到，这种方便所带来的一些麻烦。

首先还是先介绍一下有关变量赋值的语法：

1.set!

给一个变量赋值，语法为(set! <arg1> <arg2>)，就是将arg1赋值为arg2。在Scheme中，与赋值有关的函数，基本后面都是跟一个感叹号的。

2.set-car!

给一个列表的头赋值。语法和set!类似。

3.set-cdr!

给一个列表的cdr赋值。类似于set-car。

随意乱用set-car!和set-cdr!有可能使列表的关系变得很乱，如果学过数据结构中的链表和C语言中的指针，对这个的理解应该会比较深一些。

根据SICP的一贯思想，只要有基础的功能，那么别的功能也都能实现。set!就是以前所没有的一个基础功能，而set-car!和set-cdr!都可以通过set!来实现。SICP中有具体的实现过程，这里就不再多说了。

可以改变变量的值，使得一个变量只是某段代码的替代，变成了代表指向某个存储地址。在很多情况下，并不需要对元素进行赋值，而对元素赋值，有可能使代码的实现不甚优雅，程序的效率变低，更有可能给程序造成一些隐患，这个在书中也有一些例子。那能给变量赋值的好处在哪里呢？就是我们可以用时间来思考程序中的数据了，像在真实世界中一样，一些值可以随着时间的改变而改变，这样可以更好的模拟真实世界。为了可以使变量的改变更好的被解释器所处理，引入了“环境”的概念。

二、环境

环境是一个比较关键的解释模型。前面所介绍的解释模型是直接替换函数的代码和参数，但是由于变量变成了可以改变的，所以以前的模型已经不适用了。环境的模型可以解释很多东西，包括类似于我们在其它语言中学过的局部变量。通过环境，我们可以实现面向对象编程，声明一个类，用这个类来声明很多互不关联的实体。所谓环境，可以把它的结构想象成一个序列，这在书中讲的都很详细了，我曾经写了好几次，想解释一下环境模型，但是写简单了不可能解释得清楚，写复杂了又远远不如原书中所讲的好，所以就只好作罢。

虽然由于我水平有限不能总结太多关于环境的东西，但这个真的是一个很重要的模型，也是Scheme解释器工作的真实原理，多看原书就会有比较深的理解。

三、面向对象编程

不知道SICP成书的时候有没有“面向对象”这个词语。而书中的英文我也不知道怎么翻译好，但是根据它的思想，我索性就写做面向对象编程好了。说到这里也稍微闲聊一下关于面向对象编程吧。很多语言号称是支持面向对象编程，Java更是强制把所有的东西都封装成类。但是我觉得，如果一个好的程序员，用什么语言，都会有模块化的思想的，而让编程语言强制规定这些，反而限制了程序员的自由。也许是因为Scheme的面向对象更透明更神奇的原因，让我突然想到了柏拉图世界中的观点，即每种物体在理想世界中都有一个标准，真实世界中的物体都是依靠这个标准而来的。而类的声明就像是这个“元物体”，而通过类新建的对象就像是真实世界中的物体。

好了，废话少说，这里我们看一下Scheme是怎样实现面向对象的模块化设计的。其实这篇文章所介绍的新东西只有上面两节，这里只是一种思想。

不要认为一个类很神奇，其实它们也都是用代码来实现的。通过那些只有逻辑功能的代码，我们就可以创造一个类。比如用下面的代码，我们可以创造一个银行账户的类:

(define (make-account balance)
    (define (withdraw amount)
        (if (>= balance amount)
            (begin (set! balance (- balance amount))
                balance)
            "Insufficient funds"))
    (define (deposit amount)
        (set! balance (+ balance amount))
            balance)
    (define (dispatch m)
        (cond ((eq? m 'withdraw) withdraw)
            ((eq? m 'deposit) deposit)
            (else (error "Unknown request -- MAKE-ACCOUNT"
                m))))
    dispatch)
(define A1 (make-account 100))

即可生成一个初始有100元、名为A1的银行账户，

((A1 'dispath) 100)

即可向其中存入100元。

不需要额外的知识，我们只要仔细的研读上面的代码，就可以知道这种面向对象的方法是怎样实现的。从此我们可以看出，除了我们的思想，不需要额外的东西，即可实现面向对象的编程。