R语言笔记8：functions——词法作用域

Scoping Rules of R

作用域（scope，或译作有效范围）是名字（name）与实体（entity）的绑定（binding）保持有效的那部分计算机程序。

什么是作用域规则？

作用域规则（Scoping Rules）决定了一个函数的值如何与自变量绑定起来

在一个函数中，有两种类型的变量：

一种是函数的参数，

另一种存在于函数中的其他变量或符号，并非是函数的参数。问题在于你如何给这些符号赋值。

R用的是词法作用域（Lexical Scoping），也成静态作用域。

词法作用域又叫做静态作用域，采用词法作用域的变量叫词法变量。

词法作用域里，取变量的值时，会检查函数定义时的文本环境，捕捉函数定义时对该变量的绑定。

词法变量有一个在编译时静态确定的作用域。词法变量的作用域可以是一个函数或一段代码，该变量在这段代码区域内可见（visibility）；在这段区域以外该变量不可见（或无法访问）。

相反，采用动态作用域的变量叫做动态变量。

只要程序正在执行定义了动态变量的代码段，那么在这段时间内，该变量一直存在；代码段执行结束，该变量便消失。

词法作用域的优点是能够简化运算，在统计分析时非常有效

通过下面这个函数，举个栗子：

这个函数是取x的平方然后加上y除以z的值，其中有两个明确的形式参数和，问题是从哪儿来的？

因为没有在函数中定义，所以是一个自由变量。

语法作用域解决的问题就是怎样给一个类似的自由变量赋值。

词法作用域的规则

词法作用域的规则，简而言之一句话：

在定义函数的环境中搜索自由变量的值。

那么问题来了……

什么是环境？

环境是符号-值对（symbol-value，如x = 3.14）的集合。每一个符号都有一个与之绑定的值。

每个环境都有一个上层环境（parent environment）。对于上层环境而言，他可能有很多子环境。唯一没有上层环境的环境叫做空环境。

你可以把你的全局环境（工作空间）看做一系列“符号-值对”，其中每个对象都有一个与之关联的对象。

因此，每一个包都有一个命名空间，就是一个环境，其中有很多符号、以及与符号关联的值。

如果你把一个函数和环境联系起来，就创建了一个闭包（function losure），这些闭包是R中各种各样神器操作的关键所在。

所以，如果要在函数里遇到自由变量，怎么办？

先你需要找的是：这个函数是在那个环境中被定义的。看看是否在全局环境中被定义，如果没有，就去它的父环境里面找，以此类推，往上找直到顶层环境。（在全局环境外定义函数也是有可能的）

如果所有环境中都找不到想要的符号的话，就会报错。

作用域规则的重要性

为什么作用域规则很重要？

通常在全局环境重定义一个函数，在工作区就能够找到自由变量的值。

但是重点是，在R中，你能够在函数里面再定义其他函数。

一般情况下，函数的返回值是数值、数据框、列表、等等，但也有可能是一个函数。

在这种情况下，全局环境就产生了变化，作用域原则的影响就表现出来了。

举例，定义一个“构造性”函数，即这个函数在构造另一个函数：

创建一个构造函数，赋值为n；其内部用来构造另一个函数，赋值为x。这个函数的功能是，对它的参数x求n次方，然后返回结果。

所以在函数的内部，x是参数，n就是一个自由变量。

所以如果运行函数，赋值给cube，那么cube就会返回一个函数：

这时，cube就成了一个函数，相当于（实际上是没有pow的，他只是一个内部的代号），所以调用：

（2的立方是8）

Exploring a Function Closure

怎么才能查看一个函数所在的环境中都有啥？

调用函数

如上例：

查看对象的赋值，使用：

这就是怎么知道的过程。

参考资料：

视频课程 R Programming by Johns Hopkins University：https://www.coursera.org/learn/r-programming/home/welcome

讲义 Programming for Data Science ：https://bookdown.org/rdpeng/rprogdatascience/R