Lec 11语义（闭包 II / 收官）——作用域语义对比与"免费的对象"
Lec 11 语义（闭包 II / 收官）——作用域语义对比与"免费的对象"
接 L10，收尾语义单元。重点：IMP / MITScript / JS / Python 的作用域规则对比，记录即对象，以及"如何造一门语言"的总结
TL;DR
- IMP、JavaScript、Python 与 MITScript 对声明时机、块作用域、未初始化变量和赋值目标有不同规则，实现必须把这些差异写进帧操作。
- 记录提供可变字段，闭包提供携带环境的方法，两者结合就能构造原型化的对象系统。
- 语言设计不是为每个高层概念增加独立机制，而是判断它能否由更小的语义核心组合得到，并明确这种降解的成本。
1. 四种语言的作用域语义对比
同样写"闭包 + 嵌套作用域"，不同语言规则不同。理解差异是实现 MITScript 语义的关键。
定义（IMP / JS / Python / MITScript 作用域规则）
-
IMP：块
{}引入作用域；var在执行到时把变量加入当前作用域；任何可达作用域都可修改。 -
JS（指经典
var）：块不引入作用域（仅"装饰性"）；var声明被提升 (hoisting)——只要函数体内出现，无论 if/何时执行都加入当前（函数）作用域；任何可达作用域可改；在作用域但未初始化 → 值为undefined。 -
Python：没有块；没有 var 声明——赋值即把变量引入作用域（即便该赋值未被执行）；只有当前作用域与全局作用域可修改（中间的外层需
nonlocal/global）；在作用域但未初始化时访问 → NameError。 -
MITScript：Python 语义 + 块仅装饰性（不引入作用域）。 :::
这张表是本讲核心：同一段代码在四种规则下行为不同。MITScript 选了"Python 语义、块装饰性"，实现时要据此决定 var/赋值如何改帧、自由变量如何解析。
::: example 例题（Python：赋值使变量"提前"成为局部 → 错误）
x = 7
def g():
x = 8
def h():
print(x) # ← 这里出错
x = x + 1
h(); h()
return h
print(x) # 7
hh = g(); hh()
print(x) # 仍 7（g 内对 x 的赋值不改全局）h() 里因为有 x = x + 1（赋值），Python 规则把 x 当作 h 的局部变量（对整个函数体生效）；于是开头的 print(x) 访问"已在作用域但尚未初始化"的局部 x → 报错（UnboundLocalError，属 NameError 类）。这正演示了"赋值把变量引入作用域，即便赋值尚未执行"。
对照 JS：未初始化得
undefined（不报错）；对照 IMP：var 执行到时才声明。规则差异直接来自 L9–L10 那套"帧 + 链式栈 + lookup"在"何时/向何处加绑定、向上能改到哪层"上的不同设定。
2. 记录即对象（Objects for Free）
有了"记录 + 闭包 + 引用语义"，对象/类是免费得到的（L2 语法糖的回响）：
var Point = fun(x, y) {
var this = {
x : x; y : y;
print : fun(){ log("Point(" + this.x + ", " + this.y + ")"); };
};
return this;
};
var p = Point(5,5);
p.print();定义（对象 = 记录 + 闭包）
对象就是一个堆上的记录，字段值可以是闭包（方法）；方法通过捕获的 this（指向该记录的引用）访问字段。构造函数就是返回这样一个记录的普通函数。无需在语言里专门加"类"原语。
记录的关键设计仍是值 vs. 指向值（L8）：引用语义下 var b = a; b.x = 3; print(a.x) 输出 3（b、a 指向同一堆记录）。文法含创建记录 {f1:e1; …}、读字段 e.f、更新字段 e.f = e'。
3. 我们造出了一门完整的语言
::: theorem 定理（语言设计方法论）
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从小的核心演算 (core calculus) 起步，再尽量正交地只添加必要特性。历史范例：
-
λ 演算 — 函数式编程（Church, 1930）
-
IMP — 命令式编程（Winskel, 1993）
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Featherweight Java — Java 核心（Igarashi, Pierce, Wadler, 2002）
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JavaScript 操作语义（Maffeis, Mitchell, Taly, 2008）
-
RustBelt — Rust（Jung 等, 2018）
-
从语义到解释器：手写递归解释器；或像"解析器生成器"那样自动从语义生成（K framework，kframework.org）。 :::
回顾路线：表达式（L6）→ 语句/IMP（L7）→ 堆（L8）→ 作用域/帧栈（L9）→ 链式栈/闭包（L10）→ 作用域语义对比 + 记录/对象（L11）。一套"帧 + 堆 + 推理规则"逐步扩展，就精确定义了一门带闭包与对象的动态语言——这正是 Phase 2 解释器要实现的规格。
4. 本讲小结
- 作用域语义因语言而异：IMP（块引入作用域、var 执行时声明）、JS（块装饰性、var 提升、未初始化为 undefined）、Python（无块无 var、赋值即声明、仅当前+全局可改、未初始化报 NameError）、MITScript（Python 语义 + 块装饰性）。
- Python 的"赋值使变量对整个函数成为局部"导致先读后赋的 UnboundLocalError。
- 记录 + 闭包 + 引用语义 = 免费的对象/类；this 通过捕获引用访问字段。
- 语言设计：从核心演算起步、正交加特性；语义可手写或自动（K framework）生成解释器。
- 至此语义单元完结，下一单元进入 Phase 3：垃圾回收（L12–14）。