同図像性

コンピュータプログラミングにおいて、同図像性（ギリシャ語のhomo-（同じ）とicon（表現）に由来）は、一部のプログラミング言語の非公式な特性である。言語が同図像性を持つとは、その言語で書かれたプログラムを、その言語を使ってデータとして操作できる場合である。^[1]プログラムの内部表現は、プログラム自体を読むだけで推測できる。この特性は、言語がコードをデータとして扱うと要約されることが多い。この特性の非公式性は、厳密に言えば、これがほぼすべてのプログラミング言語に当てはまるという事実から生じる。この特性の正確な定義については合意が得られていない。^{[2] [3]}

ホモイコニック言語では、プログラムの主な表現も、言語自体のプリミティブ型のデータ構造です。 ^[1]これにより、この特性のない言語よりもメタプログラミングが容易になります。言語のリフレクション（実行時にプログラムのエンティティを調べる）は、単一の同質構造に依存し、複雑な構文で現れるいくつかの異なる構造を処理する必要がありません。ホモイコニック言語には通常、構文マクロが完全にサポートされており、プログラマーはプログラムの変換を簡潔に表現できます。

よく引用される例はLispです。これはリストを簡単に操作できるようにするために作成され、その構造はネストされたリストの形をとるS 式によって与えられ、他の Lisp コードによって操作できます。^[4]その他の例としては、プログラミング言語のClojure (Lisp の現代的な方言)、Rebol (後継のRed )、Refal、Prolog、そしておそらくJulia があります(詳細については「実装方法」のセクションを参照してください)。

この用語は、カルビン・ムーアズが開発したTRACプログラミング言語に関連して初めて登場しました。^[5]

主な設計目標の 1 つは、TRAC の入力スクリプト (ユーザーが入力したもの) が、TRAC プロセッサの内部動作をガイドするテキストと同一であることでした。つまり、TRAC プロシージャは、ユーザーがキーボードで入力したとおりに文字列としてメモリに格納される必要があります。TRAC プロシージャ自体が新しいプロシージャを発展させる場合、これらの新しいプロシージャも同じスクリプトで記述する必要があります。TRAC プロセッサは、その動作中にこのスクリプトをプログラムとして解釈します。つまり、TRAC トランスレータ プログラム (プロセッサ) は、コンピュータを新しいプログラム言語 (TRAC 言語) を持つ新しいコンピュータに効果的に変換します。いつでも、TRAC プロセッサが実行中に処理するのと同じ形式でプログラムまたはプロシージャ情報を表示できる必要があります。内部文字コード表現は、外部コード表現と同一か、非常に類似していることが望ましいです。現在の TRAC 実装では、内部文字表現はASCIIに基づいています。 TRAC の手順とテキストはプロセッサの内外で同じ表現を持つため、同じを意味する homo と表現を意味する icon を組み合わせた homoiconic という用語が当てはまります。

上記の最後の文には脚注4が付けられており、用語の起源が示されています。^[a]

McCullough WSの提案に従い、Peirce, CSの用語に基づいている。

この引用に関係する研究者は、神経生理学者でサイバネティクス学者のウォーレン・スタージス・マカロック（注釈の姓との違いに注意）と哲学者、論理学者、数学者のチャールズ・サンダース・パースである可能性がある。^{[2]パースは確かに}記号論で「アイコン」という用語を使用している。パースによると、コミュニケーションにはアイコン、インデックス、シンボルの3種類の記号がある。アイコンは最も単純な表現である。アイコンはそれが示すものと物理的に似ている。

アラン・ケイは1969年の博士論文で「ホモイコニック」という用語を使用し、おそらくこの用語を普及させた。^[7]

これまでのすべてのシステムに対する注目すべき例外は、Interactive LISP [...] と TRAC です。どちらも機能指向 (1 つはリスト、もう 1 つは文字列) で、どちらも 1 つの言語でユーザーと対話し、どちらも内部表現と外部表現が本質的に同じである点で「同図像」です。どちらも新しい関数を動的に作成する機能があり、その後、ユーザーが自由に作成できます。唯一の大きな欠点は、それらで書かれたプログラムが、バビロニアの楔形文字で書かれたシュメール人へのバーンブリアック王の手紙のように見えることです。 [...]

同図像性の利点の 1 つは、コードを表すデータをプログラムのメタ層とベース層の間で渡すことができるため、新しい概念で言語を拡張することが一般的に簡単になる点です。関数の抽象構文木は、メタ層でデータ構造として構成および操作され、その後評価されます。単純なデータとして理解できるため (言語自体の形式がデータ形式であるため)、コードの操作方法を理解するのがはるかに簡単になります。

同図像性の典型的な例は、メタ循環評価子です。

今日の汎用コンピュータの大部分を含むすべてのフォン ノイマン アーキテクチャシステムは、生のマシン コードがメモリ内で実行され、データ型がメモリ内のバイトであるという点から、暗黙的に同図像的であると説明できます。ただし、この機能はプログラミング言語レベルに抽象化することもできます。

Lispとその方言^{[8] 、} Scheme ^[9] 、Clojure、Racketなどの言語は、同図像性を実現するためにS式を採用しており、これらの言語はデータとコードの両方に同じ表現を使用するため、同図像性の「最も純粋な」形式であると考えられています。

他の言語では、コードを簡単かつ効率的に操作するためのデータ構造が提供されています。この弱い形式の同図像性の顕著な例としては、Julia、Nim、Elixirなどがあります。

同図像言語であるとよく考えられている言語には以下のものがあります。

Lisp は、データとコードの外部表現としてS 式を使用します。S 式は、基本 Lisp 関数 で読み取ることができますREAD。は、リスト、シンボル、数値、文字列などのREADLisp データを返します。基本 Lisp 関数は、Lisp データとして表現された Lisp コードを使用し、副作用を計算して結果を返します。結果は、Lisp データから外部 S 式を作成する 基本関数 によって出力されます。EVALPRINT

Lisp データは、(サブ)リスト、シンボル、文字列、整数など、さまざまなデータ型を使用するリストです。

(( :名前"ジョン" :年齢20 ) ( :名前"メアリー" :年齢18 ) ( :名前"アリス" :年齢22 ))           

Lisp コード。例ではリスト、シンボル、および数値を使用します。

( * ( sin 1.1 ) ( cos 2.03 )) ;中置: sin(1.1)*cos(2.03)          

上記の式をプリミティブLisp関数で作成しLIST、変数をEXPRESSION結果に 設定します。

( setf式( list '* ( list 'sin 1.1 ) ( list 'cos 2.03 )) ) -> ( * ( SIN 1.1 ) ( COS 2.03 )) ; Lispは結果を返して印刷します。             
         

( 3 番目の式) ; 式の 3 番目の要素-> ( COS 2.03 )     
  

COS用語を次のように変更するSIN

( setf ( first ( third expression )) 'SIN ) ; 式は (* (SIN 1.1) (SIN 2.03)) になります。    

式を評価する

(評価式) -> 0.7988834 
 

式を文字列に出力する

(文字列への出力式) - > "(* (SIN 1.1) (SIN 2.03))" 
  

文字列から式を読み取る

( read-from-string "(* (SIN 1.1) (SIN 2.03))" ) -> ( * ( SIN 1.1 ) ( SIN 2.03 )) ; リスト、数値、シンボルのリストを返します 
           

1 ?- Xは2*5です。X = 10。    
  

2 ?- L = ( Xは2*5 ) 、write_canonical ( L ) 。は( _ 、* ( 2 、5 )) L = ( Xは2*5 ) 。       
  
    

3 ?- L = ( ten ( X ) :- ( Xは2*5 )) 、write_canonical ( L ) . :- ( ten ( A ) 、is ( A, * ( 2 、5 ))) L = ( ten ( X ) :-Xは2*5 ) 。       
   
    

4 ?- L = ( ten ( X ) :- ( Xは2*5 )) 、assert ( L ) 。L = ( ten ( X ) :-Xは2*5 ) 。       
    

5 ?- 10 ( X ) . X = 10.  
  

6 ?- 

4 行目には、新しい節を作成します。演算子は、:-節の先頭と本体を分離します。 * を使用すると、既存の節に追加 (「データベース」に追加) されるため、後で呼び出すことができます。他の言語では、これを「実行時に関数を作成する」と呼びます。 、 またはassert/1を使用して、データベースから節を削除することもできます。 abolish/1retract/1

* 節名の後の数字は、その節が取れる引数の数です。これはarityとも呼ばれます。

データベースにクエリを実行して句の本体を取得することもできます。

7 ?-節( 10 ( X ) , Y ) 。Y = ( Xは2 * 5 ) 。  
    

8 ?-節( 10 ( X ) 、Y ) 、Y = ( XはZ ) 。Y = ( Xは2*5 ) 、Z = 2*5 。       
    
  

9 ?-節( ten ( X ) , Y ) 、call ( Y ) 。X = 10 、Y = ( 10は2 *5 ) 。   
  
    

callLisp のeval機能に類似しています。

コードをデータとして扱うという概念、およびその操作と評価は、Rebolで非常にわかりやすく実証できます。(Rebol は Lisp とは異なり、式を区切るために括弧を必要としません)。

以下は、Rebol のコード例です (>>インタープリターのプロンプトを表していることに注意してください。読みやすくするために、一部の要素間にスペースが追加されています)。

>>repeat i 3 [ print [ i "hello" ] ]

1 こんにちは
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3 こんにちは

(repeatは実際には Rebol の組み込み関数であり、言語構造やキーワードではありません)。

コードを角括弧で囲むと、インタープリターはそれを評価せず、単に単語を含むブロックとして扱います。

[ i 3を繰り返す [ [ i "hello" ]を印刷する] ] ]
  

このブロックは、block! 型を持ち、さらに、割り当ての構文のように見えるものを使用して単語の値として割り当てることができますが、実際にはインタープリタによって特殊な型 ( set-word!) として理解され、単語の後にコロンが続く形式になります。

>>  ;; ブロックの値を単語`block1`に代入しますblock1: [ repeat i 3 [ print [ i "hello" ] ] ]
== [i 3 を繰り返す [[i "hello"] を印刷する]]
>>  ;; 単語 `block1` の型を評価するtype? block1
== ブロック!

ブロックは、doRebol で提供される関数 ( evalLisp のと同様) を使用して解釈できます。

ブロックの要素を調べてその値を変更し、評価された場合のコードの動作を変更することが可能です。

>>  ;; ブロックの3番目の要素block1/3
== 3
>>  ;; 3番目の要素の値を5に設定しますblock1/3: 5
== 5
>>  ;; 変更されたブロックを表示probe block1
== [i 5 を繰り返します [[i "hello"] を印刷します]]
>>  ;; ブロックを評価するdo block1
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