名前を、おぼえる言語

電卓は、おぼえられない

レッスン4で、電卓は完成しました。でもこの電卓には、決定的にできないことがあります。おぼえることです。

x = 10 と教えようとすると、どうなるか。完成したはずの言語に、話しかけてみてください。

①を見ると、x は「名前」という粒として読めています。困っているのは②——いまの文法には「名前に値をおぼえさせる」という文のかたちが、そもそもないのです。忘れる以前に、受け取ってもらえません。

言語に、記憶を

今日のレッスンで言語が育つと、こうなります。2行のプログラムを話しかけるのは、これが初めてです。

②の木に、新顔が2ついます。1行目の「x =（代入）」と、2行目の「x（名前）」です。③には 10 と 20——各行が残した値が、順に並んでいます。

1行目で教えた 10 を、2行目が使えています。前の行のできごとが、次の行まで残っている。言語に、記憶が生まれました。

使う側から、かける側へ

コース1のレッスン2で、あなたは「値に名前をつける魔法」を使う側にいました。今日は机の反対側に座りなおして、あの魔法をかける側から見ます。

種明かしを先に言います。言語が名前をおぼえる仕組みは環境（environment）と呼ばれ、その中身は「名前と値の対応表」が1冊あるだけです。

国語辞典を思い浮かべてください。「庭」を引けば意味が出てくるように、環境で「x」を引けば 10 が出てくる。ただし辞書とちがって、環境はプログラムが1行進むたびに書きかわります——読むための本ではなく、書きこみながら使う帳面です。

記憶の正体は、Mapが1冊

JavaScriptには、対応表のためのデータ構造がはじめから用意されています。Map です。環境の実装は、本当にこれだけです。

// 環境＝名前と値の対応表。Mapが1冊あるだけ
const env = new Map();

env.set("x", 10);          // x = 10 と教えられたら、表に書く
console.log(env.get("x")); // x を見かけたら、表を引く

env.set("x", 99);          // 付け替えは、ただの上書き
console.log(env.get("x"));

console.log(env.get("nazo")); // 知らない名前を引くと…？

最後の行に注目してください。知らない名前を引いても、Mapは怒りません。undefined——「ないよ」という素っ気ない値が返ってくるだけです。

この素っ気なさを、言語の返事にどう翻訳するか。それが、評価器の仕事になります。

評価器の変更は、2か所

レッスン3で書いた evaluate を育てます。足すのは「名前を引く処理」と「代入で書く処理」、その2か所だけです。

const env = new Map(); // 言語の記憶

function evaluate(tree) {
  if (tree.value !== undefined) return tree.value; // 数：いままで通り
  if (tree.name !== undefined) {                   // 新顔1 名前：表を引く
    if (!env.has(tree.name)) {
      throw new Error("「" + tree.name + "」という名前を、まだ知りません。");
    }
    return env.get(tree.name);
  }
  if (tree.assign !== undefined) {                 // 新顔2 代入：表に書く
    const v = evaluate(tree.assign.value);
    env.set(tree.assign.name, v);
    return v;
  }
  const l = evaluate(tree.left);
  const r = evaluate(tree.right);
  if (tree.op === "+") return l + r;
  if (tree.op === "-") return l - r;
  if (tree.op === "*") return l * r;
  if (tree.op === "/") return l / r;
}

// 「x = 10」の木 →「x * 2」の木 を、順に評価する
console.log(evaluate({ assign: { name: "x", value: { value: 10 } } }));
console.log(evaluate({ op: "*", left: { name: "x" }, right: { value: 2 } }));

今日いちばん大事なのは、新顔1の中の if 文です。undefined をそのまま計算に流すと、ずっと先で意味の分からない事故になります。だから入口で止めて、人間のことばに翻訳して報告する。

これは前のレッスンでやった、エラー設計の続きです。最初の実験室に戻って nazo * 2 と打つと、「『nazo』という名前を、まだ知りません。」に加えて、「先に『nazo = 値』と書いてください。」という次の一手の提案まで返ってきます。Mapの素っ気ない undefined を、そこまで耕すのが設計者の仕事です。

「箱」は、どこにも作られていない

コース1で「変数は箱ではなく、値へのあだ名」と学びました。その説明が正しかったかどうか、いまのあなたは実装を見て確かめられます。

env にあるのは「名前 → 値」の対応、ただそれだけです。値をしまう「箱」にあたるものは、コードのどこにも作られていません。hana = 100 のあとに niwa = hana と書いても、増えるのは対応表の行であって、箱ではないのです。

使う側に「あだ名」と説明されたものが、作る側では「対応表の1行」だった。たとえ話の答え合わせができる——作る側にまわった人の、これが特権です。

ひとつ、正直な予告をしておきます。記憶が生まれた瞬間から、あなたの言語は「同じ式でも、いつ評価するかで答えが変わる」言語になりました。電卓の世界にはなかった時間と順番という難しさで、この先のレッスンでずっと付き合っていく相手です。

このレッスンで分かったこと

• 変数の実装＝環境。名前と値の対応表（Map）が1冊あるだけ
• 評価器の変更は2か所。代入は表に書く、名前は表を引く
• 知らない名前を引かれたとき、何と答えるか——それもエラー設計のうち
• 「箱」はどこにも作られていない。「あだ名」のたとえを、実装が裏づけた