边界与验收：第七章真正承诺什么

第七章完成后，不只是 closure.lang 能得到 42。解释器、结构化 IR 和生成代码必须在词法作用域、捕获顺序、递归 self、对象种类与错误路径上互相对齐，同时完整保留第六章已有能力。

这一节把要求集中列出，便于实现和审阅时逐项检查。

语言语义

本章不增加表面语法，必须满足：

• 求值 lambda 创建 closure，不执行函数体；
• closure 只保存函数体真正需要的外层 Value；
• 变量含义由定义位置决定，不由调用位置决定；
• call 先求 callee，确认它是 closure，再求 argument；
• 调用环境由 captures、可选 self 和参数组成；
• 参数是比 self 更内层的绑定，允许同名遮蔽；
• closure 可以返回 closure，也可以保存或被保存进 record；
• closure 不能参与 eq?。

用这些程序做语义验收：

1
2
3
4
5
6

cd code/07_closures
./mini run examples/closure.lang
./mini run examples/lexical_scope.lang
./mini run examples/nested_closure.lang
./mini run examples/recursive_closure.lang
./mini run examples/self_param_shadow.lang

结果依次应为 42、42、42、15、42。

前端连续性

AST 和 parser 不新增 closure 专用节点：

• 普通函数仍使用 LambdaExpr；
• 调用仍使用 CallExpr；
• letrec 仍使用 LetRecExpr；
• 普通 identifier 规则保持一个或多个英文字母；
• 第六章的可变长度 record、空 record、record?、size 和非负字面量 index get 全部保留。

closure 是否捕获变量不属于语法判断。相同 LambdaExpr 可以在不同定义环境中创建不同 closure Value。

自由变量分析

front/free_vars.* 必须做到：

• 参数不属于当前 lambda 的自由变量；
• let 名字只绑定 body，不绑定 value；
• letrec 的 self 和参数在 function body 中已绑定；
• 嵌套 lambda 中仍来自更外层的名字会向外传播；
• 所有继承的 AST kind 都用显式 switch 遍历；
• 同名自由变量只保留一次；
• 结果保持第一次遇到的稳定顺序；
• shadowing 由词法绑定栈判断，不按全局字符串集合猜测。

分析结果同时供解释器捕获环境和 IR lowering 使用，不能让两条路线各自维护一套略有差异的规则。

解释器

解释器 closure 必须保存：

1
2
3
4

param
body
self_name
captured environment

其中：

• 普通 lambda 的 self_name 为空；
• letrec 的 self_name 是递归名字；
• captured environment 只含 free_vars 选中的名字；
• captured environment 不保存递归 closure 自身；
• call 时用实际 callee 建立 self 绑定；
• call 时不能直接使用调用点环境执行 body。

错误诊断至少覆盖：

1
2
3
4

调用非 closure              function call expected a function
closure 参与 eq?            eq? does not support function values
对 closure 使用 size        size expected a record value
对 closure 使用 get         get expected a record value

结构化 IR

IR 继续使用 OperandKind、OpKind 和结构体字段，不退回字符串操作列表。第七章新增的关键种类是：

1
2

OpKind::closure
OpKind::closure_check

IrFunction 必须精确区分：

1
2
3
4
5
6

label
param
self
captures
ops
result

验收要求：

• closure op 的 target 保存代码标签；
• closure op 的 fields 保存捕获 operands；
• IrFunction::captures 与 fields 等长、同序；
• 普通 lambda 的 self 为空；
• letrec 的 self 是独立 local，不出现在 fields；
• self、参数和 captures 都做 alpha-renaming；
• lowering 顺序为 callee ops、closure_check、argument ops、call；
• branch 后仍紧跟 then label；
• compile 先调用 lower_to_ir，assembly emitter 只接收 IrProgram。

查看代表输出：

1
2
3
4
5

./mini ir examples/closure.lang
./mini ir examples/multiple_captures.lang
./mini ir examples/nested_closure.lang
./mini ir examples/recursive_closure.lang
./mini ir examples/self_param_shadow.lang

通用堆对象协议

record 和 closure 必须共用：

1
2
3

kHeapObjectTag = 4
header = (payload_count << 8) | heap_kind
object_size = 8 * (1 + payload_count)

kind 分配是：

1
2

record   1
closure  2

不能恢复 closure 专用 pointer tag，也不能只检查 tag 4 就认定对象是 closure 或 record。

closure 布局

布局固定为：

1
2
3

offset 0       header
offset 8       raw code pointer
offset 16+8i   capture i tagged Value

必须满足：

self 不计入 capture count，也不占 payload。recursive_closure.lang 只捕获 base，所以使用 header 514、大小 24。

机器调用约定

调用约定必须是：

1
2
3

%rdi  tagged closure Value
%rsi  tagged argument Value
%rax  tagged result Value

closure_check 生成：

1. low tag 是否为 4；
2. 清 tag 后 header kind 是否为 closure；
3. 失败时跳到状态 70 的错误出口。

最终 call op 使用临时 raw address，从 offset 8 取 code pointer，但不能把 %rdi 永久改成 raw pointer。函数入口：

• self 非空时，把 tagged %rdi 保存为 self local；
• 把 %rsi 保存为 param local；
• 用 %rdi 的临时 untagged 副本读取 offset 16+8i；
• 把每个 capture Value 保存为对应 local。

固定栈帧大小向上对齐到 16 字节，外部 malloc、exit 和间接 call 都要满足 System V ABI 对齐。

record 能力必须完整继承

第七章不能退回旧的二字段 record。下面这些程序都必须继续工作：

1
2
3
4
5

./mini run examples/empty_record.lang
./mini run examples/many_fields.lang
./mini run examples/record_get_third.lang
./mini run examples/record_predicate.lang
./mini run examples/record_size.lang

预期输出依次是：

1
2
3
4
5

(record)
(record 10 20 30 40)
30
1
4

种类交叉测试也必须成立：

1
2
3

./mini run examples/closure_captures_record.lang
./mini run examples/record_holds_closure.lang
./mini run examples/record_predicate_closure.lang

结果为 42、42、0。

生成代码的错误状态

编译后的这些错误统一以状态 70 结束：

以一个例子验证：

1
2
3
4

./mini compile examples/call_record_error.lang -o out.s
cc out.s -o out
./out
echo $?

Apple Silicon Mac 的链接命令改为：

1

cc -arch x86_64 out.s -o out

退出状态应为 70。

分支仍然短路

错误路径只有真正执行时才失败：

1

(if 1 42 ((record 0) 1))

解释器和生成代码都必须返回 42，不能因为 else 分支中存在非法调用而提前报错。运行：

1
2
3
4
5

./mini run examples/short_branch.lang
./mini compile examples/short_branch.lang -o out.s
cc out.s -o out
./out
echo $?

Apple Silicon Mac 仍使用 cc -arch x86_64 out.s -o out 链接。两条执行路径的结果都应是 42。

这同时检查 lowering 没有把分支内的 closure_check 提到 branch 之前。

CLI 与平台边界

本章仍提供：

1
2
3
4

mini run
mini ast
mini ir
mini compile

compile 只输出 x86-64 System V ABI 的 AT&T 汇编。它不调用 cc，不负责链接，也不执行结果。Linux 和 macOS 的外部符号拼写由 target 选择处理。

非目标

第七章不实现：

• 多参数函数；
• 可变变量和共享 cell；
• closure 相等；
• 逃逸分析或栈上 closure；
• 主动 free、引用计数 runtime 或垃圾回收；
• 通用尾调用优化。

这些边界不影响本章目标：闭包已经能在词法作用域下保存自由变量、返回和嵌套，递归函数也能同时使用 self 与真正的外层捕获值。