动态绑定（Dynamic Binding）和词法绑定（Lexical Binding）

今天读了一篇讲 dynamic binding 和 lexical binding 的文章： Dynamic Binding Vs Lexical Binding，讲的挺清楚的，这里大致翻译如下。

绑定 binding 的概念

绑定是名字和值的一种对应关系。在 Lisp 中，可以用 let 来创建绑定：

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2
  (let ((a 1)) (print a))
  ;; ==> 1

这里将 name a 绑定到 value 1 上。

let 表达式其实只是一个“语法糖”，和 lambda 表达式是等价的。例如：

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  (let ((a 1)
        (b 3))
    (+ a b))

等价于：

1
  ((lambda (a b) (+ a b)) 1 3)

当然，除了 let 之外，还有很多其他的方法可以创建 bindings, 例如 defconst, defun, defvar, flet, labels, prog, 等等。

动态绑定和词法绑定

在处理变量绑定时，有两种方式：

dynamic: 动态绑定，所有的变量名及它们的值都存在一张全局表中。
lexical: 词法绑定，每个绑定作用域（binding scope），包括 defun/let 等，都会创建一张新的表，用于存放变量和值，这些表组织成一个层次结构，被称为 “the enviroment”。

在上面给出的那些简单的例子中，lexical 和 dynamic binding 之间并没有什么区别，返回的结果是一样的。

但是在一些复杂情况下，情况则有所不同。例如：

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  (let ((a 1))                            ; binding (1)
    (let ((f (lambda () (print a))))
      (let ((a 2))                        ; binding (2)
        (funcall f))))
  ;; dynamic binding ==> 2
  ;; lexical binding ==> 1

如果是 lexical binding ，在访问变量时，会在 lexical enviroment 中查找绑定，也就是说，在变量的代码块范围内查找。当在 lexical enviroment 中有多个绑定同时存在时，选择最内层的那个。
因此，如果是 lexical binding，上述代码会打印 “1”，因为只有 binding (1) 在 lexical enviroment 中。
如果是 dynamic binding, 在访问变量时只会在 dynamic enviroment 中查找，也就是说，在所有的绑定中查找，包括从程序启动之后创建的所有绑定（只要没被销毁）。如果同时存在多个绑定，则使用运行时最近创建的那个（我想这就是 dynamic 一词的由来）。
因此，如果是 dynamic binding，上述代码会打印 “2”，因为当 a 求值时，binding (1) 和 binding (2) 都被创建了，但是 binding (2) 才是最近创建的。
在多线程 Lisp 中，关于 dynamic binding 我们需要更加小心一点，因为要确保一个线程不会看到（访问到）另一个线程所创建的 bindings。由于 EmacsLisp 是单线程的，所以不用担心。

动态绑定的优点

动态绑定可以很方便的修改子系统的行为。

这里举一个例子。假设你有一个 foo 的函数，该函数会利用 print 产生一些输出，你希望可以将该输出捕获到一个 buffer 中。通过 dynamic binding，可以很轻松的实现：

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  ;; get-buffer-create 获取或创建一个指定名字的 buffer，注意名字前面有一个空格，表
  ;; 示该 buffer 不保留 undo 历史
  (let ((b (get-buffer-create " *string-output*")))
    ;; 修改 standard-output 变量，将标准输出重定向到 buffer b 中。注意：该修改仅在
    ;; 该 let 的作用域范围内生效
    (let ((standard-output b))
      ;; 该输出会重定向到 buffer b 中
      (print "foo"))

    ;; 切换当前 buffer 为 b，仅用于编辑，不会展示该 buffer
    (set-buffer b)
    (insert "bar")
    ;; 返回当前 buffer 的内容
    (buffer-string))

如果你经常使用类似的功能，你应该将其封装在一个 macro 中 —— 幸运的是，已经有这样的封装了： with-output-to-temp-buffer 。

由于 foo （这里其实是 print 函数）使用的 standard-output 是 dynamic binding 的，因此你可以替换成你自己的绑定，以此来修改 foo 的行为 —— 以及 foo 所调用的所有 functions 的行为。

在一个不支持 dynamic binding 的语言中，你大概需要给 foo 增加一个可选参数来指定一个 buffer，然后 foo 需要传递该参数给所有的 print 调用。如果 foo 还调用了其他函数，并且这些函数也调用了 print ，那么你同样需要修改所有这些参数（注意：这是一个递归的过程）。

Richard Stallman 在 EmacsLisp 的上下文中解释了动态绑定的优点：Emacs Paper - Dynamic Binding 。另请参阅 Pascal Costanza 写的文章 Dynamic vs. Static Typing — A Pattern-Based Analysis 。

词法绑定的优点

MilesBader 的这封邮件讲的很清楚，这里摘抄并翻译如下：

From: MilesBader
Subject: Re: Emacs 22
Newsgroups: comp.emacs
Date: Sun, 19 Aug 2001 01:47:53 GMT
Because it’s (1) much easier for the user [that is, programmer], because it eliminates the problem of which variables lambda-expressions use (when they attempt to use variables from their surrounding context), and (2) much easier for the compiler to optimize, because it doesn’t need to worry about variables escaping their lexical context, and so doesn’t need to allow for the possibility (this is a big problem with the current compiler).
因为它（1）对于程序员来讲，要简单很多，因为它消除了 lambda 表达式使用哪些变量的问题（当他们尝试使用外围环境的变量时），（2）对于编译器来说，优化起来要简单很多，因为它不需要担心变量从词法上下文中逃逸出去，因此不需要考虑这种逃逸出去的可能性（这是当前编译器的一个大问题）。

语言

大部分语言只支持 lexical binding 。

EmacsLisp 从 24.1 版本开始同时支持 dynamic binding 和 lexical binding 。 Lexical binding 需要在一个文件或 buffer 中显式启用（见下文）。通过 defvar 定义的变量为“special”变量，即永远是动态绑定的（即使该文件启用了 lexical binding）。
CommonLisp 同时支持 dynamic binding 和 lexical binding 。默认为 lexical binding，通过 defvar 或 declare 创建的一个变量即为“special”的动态绑定变量。

使用词法绑定

要在 EmacsLisp 中使用词法绑定，需要在文件头中设置 file-local 变量 lexical-binding 为 t ，且必须在文件的第一行中设置：

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  ;;; -*- lexical-binding: t -*-