Sway 参考手册/变量和环境

假设你在街上发现一个信封，信封正面印着numberOfDog'sTeeth这个名字。假设你打开信封，里面是一张纸，上面写着数字 42。你会从这种遭遇中得出什么结论？现在假设你继续走，发现另一个标有meaningOfLifeUniverseEverything的信封，你再次打开它，发现一张写着数字 42 的纸条。在路途更远的地方，你又发现了两个信封，分别标有numberOfDotsOnPairOfDice和StatuteOfLibertyArmLength，两者都包含数字 42。

最后，你发现一个标有sixTimesNine的信封，你再次在里面发现数字 42。此时，你可能在想“有人对数字 42 有着奇怪的偏爱”，但随后你脑海中某个昏暗角落里的乘法表开始对你大喊大叫，说“54！是 54！”。经过一段令人尴尬的长时间后，你意识到 6 * 9 不是 42，而是 54。所以你划掉了最后一个信封中的 42，改写成 54，然后把信封放回原处。

这个奇怪的小故事，信不信由你，对编写人类和计算机都能理解的程序具有深远的影响。对于编程语言来说，信封是变量的隐喻，变量可以被认为是内存中某个位置的标签，原始值可以驻留在该位置。在许多编程语言中，可以更改该内存位置的值，就像更换信封的内容一样。变量是我们第一次接触到一个称为抽象的概念，这个概念是整个计算机科学的基础。

变量

很可能你之前遇到过“变量”这个词。考虑一条特定直线的代数方程的斜截式

$y=2x-3$

你可能可以从这个方程中看出这条直线的斜率是 2，它与y轴的交点是 -3。但是字母y和x实际上起什么作用呢？x和y是占位符，代表这条直线上任何可想而知的点的x坐标和y坐标。如果没有占位符，这条直线将不得不通过列出直线上的每个点来描述。由于有无限多个点，显然不可能提供一个详尽的列表。正如你在代数课上学到的那样，占位符的通用名称是变量。

可以将上述直线推广，得到一个描述每条直线的方程。

$y=mx+b$

在这里，变量m代表斜率，b代表y截距。显然，这个方程不是由计算机科学家想出来的，因为一条基本规则是为变量选择好名字，例如，s代表斜率，i代表截距。但遗憾的是，由于历史原因，我们仍然使用m和b。

术语“变量”也在大多数编程语言（包括 Sway）中使用，并且该术语具有大致相同的含义。不同之处在于编程语言使用信封隐喻，而代数则不使用（这种差异纯粹是哲学上的，现在还没有必要讨论）。假设你发现三个信封，分别标有m、x和b，在这些信封中你分别找到了数字 6、9 和 -12。如果你被要求制作一个y信封，你应该在里面放什么数字？如果上一个故事中sixTimesNine信封中的数字 42 没有让你困扰（例如，你内部的乘法表无处可寻），那么你可能需要一些帮助才能完成你的任务。我们可以让 Sway 使用以下对话框计算这个数字

   sway> var m = 6;
   INTEGER: 6
   
   sway> var x = 9;  
   INTEGER: 9
   
   sway> var b = -12;
   INTEGER: -12
   
   sway> var y = m * x + b;
   INTEGER: 42
   
   sway> y;
   INTEGER: 42

在 Sway 中使用var关键字创建变量。

创建变量被称为声明或定义。在 Sway 中，var关键字后面的标记是正在定义的变量，等号后面的值是变量的初始值。最后一个定义表明初始值可以是一个表达式，该表达式引用其他变量。当被要求计算包含变量的表达式的值时，Sway 解释器会转到这些信封（可以这么说）并检索存储在那里的值。还要注意，Sway 要求使用乘号将斜率m乘以x值。在代数方程中，省略了乘号，但在这里是必需的。

以下是一些使用var关键字创建变量的更多示例

   sway> var dots = 42;
   INTEGER: 42

这种交互定义了一个名为dots的变量，其值绑定到数字 42。解释器对变量声明的响应是显示绑定到该变量的值。

   sway> var bones = 206;
   INTEGER: 206

   sway> dots;
   INTEGER: 42

   sway> bones;
   INTEGER: 206

   sway> var CLXIV = bones - dots;
   INTEGER: 164

在变量声明之后，变量及其值可以互换使用。因此，变量的一种用途是设置将反复使用的常量。例如，很容易在变量 PI 和实数 3.14159 之间建立等效关系。

   var PI = 3.14159;
   var radius = 10;
   var area = PI * radius * radius;
   var circumference = 2 * PI * radius;

注意，用于计算变量 area 和 circumference 值的表达式比使用 3.14159 代替 PI 更易读。事实上，这是变量的主要用途之一，使代码更易读。第二种情况是，如果 PI 的值应该改变（例如，需要一个更精确的 PI 值，我们只需要更改 PI 的定义（当然，这假设我们可以存储这些定义以供以后检索，并且不需要再次将它们输入解释器中）。

环境

变量及其值存储在一个称为环境的结构中。你可以把环境想象成一个装满信封的鞋盒。当我们定义一个变量时，我们会在盒子的最前面放一个新的信封，信封的外面印着变量的名称。每个信封里面都是变量的初始化值。当我们需要一个变量的值时，我们会从鞋盒的前部到后部开始查找，寻找正确的信封。当我们找到正确标记的信封时，我们检索信封里面的值。

据说环境保存着变量及其绑定（即信封中的值）。如果变量在该环境中具有绑定，则称该变量相对于该环境绑定。当被要求评估一个变量时，Sway 只是在环境中查找该变量并检索其值。有时，绑定到变量的值是另一个环境。事实上，有一个名为this的变量，它保存着当前环境的位置（this变量是预定义的，因此你不需要自己定义它）。如果你希望查看生效的绑定，你可以通过发出以下命令询问解释器

   pp(this);
   

如果我们在定义了上述所有变量后这样做，我们将从解释器那里得到以下响应

   sway> pp(this);
   <OBJECT 1651>:
       context: <OBJECT 323>
       dynamicContext: null
       this: <OBJECT 1651>
       constructor: null
       dots: 42
       bones: 206
       CLXIV: 164
       PI: 3.141590
       radius: 10
       area: 314.159000
       circumference: 62.831800
   OBJECT: <OBJECT 1651>

在编程语言术语中，发出pp命令是“调用函数”和“传递参数”的示例。我们将在后面学习更多关于函数的知识，但主要思想是函数执行一些有用的任务或任务集。在本例中，该任务是显示当前的变量-值对集。

除了我们之前定义的变量的绑定之外，我们还看到了一些针对constructor、dynamicContext、context和this的额外绑定。这些变量由 Sway 为每个环境预定义。在本例中，变量context绑定到定义了 Sway 内置函数的环境。正如你将在后面看到的，有时我们会尝试在当前环境中查找一个变量。如果我们没有找到它，我们会查找context变量的值，然后使用该环境继续我们的搜索。我们将在后面讨论其他预定义变量。

如果你要要求解释器显示context的绑定，你会得到一个很长的列表

   sway> pp(context);
   <OBJECT 137>:
       array?: <function array?(a)>
       string?: <function string?(a)>
       real?: <function real?(a)>
       integer?: <function integer?(a)>
            ...
       +: <function +(a,b)>
       -: <function -(a,b)>
       *: <function *(a,b)>
       /: <function /(a,b)>
            ...
       if: <function if(a,$b,$c)>
       while: <function while($a,$b)>
            ...
       ||: <function ||>
       &&: <function &&>
            ...
       catch: <function catch($a)>
       =: <function =($a,b)>
       .: <function .(a,$b)>
            ...
   OBJECT: <OBJECT 137>

注意，即使变量context和this绑定到环境，pp函数也说它们绑定到对象。在 Sway 中，与其他语言不同，对象和环境是同一个东西。事实上，术语“对象”和“环境”应该都被认为是等价的。你将在后面的章节中学习更多关于对象的知识。

在显示绑定之后，解释器会显示评估pp命令的结果，该结果始终是传递给pp函数的内容。除了返回值之外还显示了一些内容，这被称为副作用。副作用不是表达式值的一部分。正是这些副作用使得依赖操作数评估顺序变得很危险。

能够查看当前绑定集是一个有用的工具，可以帮助你找出程序为什么没有按预期运行。解决此类问题的过程称为调试。

变量命名

与许多语言不同，Sway 对合法变量名称和变量可以绑定的实体非常宽松。考虑以下变量声明

   sway> var times = *;
   BUILT-IN: <function *>
    
   sway> 6 times 7;
   INTEGER: 42
    
   sway> var dots+bones = 5;
   INTEGER: 5
    
   sway> dots+bones;
   INTEGER: 5
    
   sway> dots + bones;
   INTEGER: 248
    

第一个声明定义了一个名为times的变量，并赋予它与运算符*相同的值。请注意，解释器的响应告诉我们 times 已绑定到最初绑定到 *的函数。此时，变量times和*都绑定到同一个函数，并且可以互换使用，如下一个交互所示。从这个例子中，我们可以看到运算符是普通的变量，它们恰好绑定到适当的内置函数。如前所述，这允许 Sway 程序员在创建新的运算符时拥有很大的自由度。从接下来的交互中，我们可以看到空格在区分变量名方面非常重要：dots+bones是一个单独的变量名，而dots + bones是两个名为dots和bones的独立变量的组合；具体来说，它们与绑定到变量 + 的内置函数相结合。

变量是编程语言的下一层，建立在原始表达式和表达式组合（本身也是表达式）的基础上。实际上，变量可以看作是原语的抽象。作为类比，考虑一下你的名字。你的名字不是你，但它是一种方便的（抽象的）指代你的方式。同理，变量可以看作是事物的名称。它们不是事物本身，而是一种方便的指代事物的方式。

虽然 Sway 允许你以各种方式命名变量，但你应该控制你的创造力，不要过度。例如，我们可以使用 slope 而不是变量 m 来表示斜率。

   var slope = 6;

我们也可以使用不同的名称。

   var !@#$% = 6;

从 Sway 的角度来看，!@#$%是一个非常好的变量名。但从使你的 Sway 程序可读的角度来看，这是一个非常糟糕的名字。你的变量名必须反映它们的目的。在上面的例子中，哪一个名字更好：m, slope, 还是 !@#$%?