Racket编译期表达式重求值时机及实验异常原因咨询

问题背景 #

这是某QA回答的跟进问题，使用Racket v8.16版本。

测试代码 #

来自Racket官方文档的compile_time_instantiation.rkt代码：

(module compile-time-number racket/base
  (require (for-syntax racket/base))
  (begin-for-syntax
    (printf "picked ~a\n" (random)))
  (printf "running\n"))

执行命令与输出 #

$ racket -i -e '(dynamic-require "compile_time_instantiation.rkt" #f)'
Welcome to Racket v8.16 [cs].
picked 0.015421409441077423
running
$ racket -i -e '(require "compile_time_instantiation.rkt")'
Welcome to Racket v8.16 [cs].
picked 0.14007121863188537
running
picked 0.7200261945290138
$ racket -i
Welcome to Racket v8.16 [cs].
> (require "compile_time_instantiation.rkt")
picked 0.7451208846143317
running
$ racket compile_time_instantiation.rkt
picked 0.9883107842338839
running

官方文档说明 #

同时，dynamic-require仅实例化模块；它不访问模块。这一特性是部分示例使用dynamic-require而非require的原因。

当模块被实例化时，其主体中的运行期表达式会被求值。

当模块被访问时，其主体中的编译期表达式（如宏定义）会被求值。

模块展开时会被访问。

模块被访问时求值的编译期表达式包括define-syntax形式的右侧，以及begin-for-syntax形式的主体。

核心疑问 #

根据上述说明，第二个命令中额外的picked...输出来自require在展开之外的额外访问，但第三个命令（交互式环境中执行(require ...)）却没有该额外输出。请问：

1. Racket中编译期表达式何时会被重新求值？
2. 为何第三种场景无额外编译期输出？

解答 #

编译期表达式重新求值的时机 #

Racket里，模块的编译期代码（比如begin-for-syntax包裹的内容）会在模块被展开（访问）时求值，触发重新展开的常见场景包括：

• 模块被当作编译期依赖引入时，比如其他模块用(require (for-syntax 目标模块))引用它；
• 用racket -e执行require语句时，Racket会把-e中的代码视为一个临时独立模块：这个临时模块展开时会触发目标模块的一次访问，而临时模块实例化时，又会再次触发目标模块的访问（这就是第二个命令出现两次picked的原因）；
• 模块源代码被修改后，再次加载时会重新展开，编译期代码随之重新求值。

第三种场景无额外输出的原因 #

在交互式环境（racket -i）中直接输入(require "compile_time_instantiation.rkt")时，Racket交互器会把这条语句整合到当前的交互上下文处理：

1. 首先展开require表达式，触发目标模块的第一次访问，begin-for-syntax内的代码执行，输出picked；
2. 紧接着直接实例化目标模块，运行期代码执行，输出running；
3. 这里不会出现额外访问——因为-e模式下的代码是独立临时模块，展开和实例化流程会分别触发目标模块的访问；而交互式环境的require是在当前交互模块内处理，展开与实例化的流程合并，只触发一次模块访问。

另外，dynamic-require仅实例化模块，不会触发展开（访问），所以只会输出一次picked和running，这也和文档说明一致。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者An5Drama