Scheme 模块：define-module 与 import

在 Guile Scheme 中组织代码，核心手段是使用模块系统。模块让你把相关函数、变量打包成独立单元，并通过 define-module 声明模块内容，用 import 引入其他模块的功能。掌握这两者，就能写出结构清晰、可复用的 Scheme 程序。

创建自己的模块

定义一个模块，需要使用 define-module 表达式。它必须放在文件顶部（或 REPL 的最开始），格式如下：

(define-module (mylib math utils)
  #:export (add multiply))

• (mylib math utils) 是模块名，采用层级命名法，类似文件路径。
• #:export 后列出你希望对外公开的符号（函数、变量等）。未导出的内容仅在模块内部可见。

步骤：创建并导出函数

1. 新建一个文件，命名为 utils.scm。
2. 写入以下内容：

(define-module (mylib math utils)
  #:export (add multiply))

(define (add a b)
  (+ a b))

(define (multiply a b)
  (* a b))

3. 保存文件。此时，add 和 multiply 成为该模块的公共接口。

注意：模块名 (mylib math utils) 并不要求对应真实目录结构，但 Guile 默认会按此路径查找文件（如 mylib/math/utils.scm）。为简化，可将文件放在当前目录，并在启动 Guile 时设置 %load-path。

使用其他模块

要使用已定义的模块，需用 import 引入。import 的语法直接指定模块名。

步骤：导入并调用模块函数

1. 启动 Guile REPL 或新建主程序文件 main.scm。
2. 添加当前目录到模块搜索路径（如果 utils.scm 在当前目录）：

(add-to-load-path ".")

3. 导入模块：

(import (mylib math utils))

4. 调用导出的函数：

(add 3 5)      ; 返回 8
(multiply 4 6) ; 返回 24

模块命名与文件布局

Guile 根据模块名自动推断文件位置。例如：

• 模块 (mylib math utils) → 默认查找 mylib/math/utils.scm
• 模块 (json) → 查找 json.scm

若不想遵循默认路径，可通过 %load-path 手动指定：

(use-modules (ice-9 popen)) ; 先引入必要模块
(add-to-load-path "/path/to/your/modules")
(import (mylib math utils))

控制导出内容

模块内部定义的所有绑定默认私有。只有显式 #:export 的才能被外部访问。

示例：混合公有与私有函数

(define-module (mylib string helpers)
  #:export (safe-capitalize))

(define (internal-helper s)
  (string-downcase s))

(define (safe-capitalize str)
  (if (string? str)
      (string-titlecase (internal-helper str))
      ""))

在此模块中：

• safe-capitalize 可被外部调用。
• internal-helper 无法从模块外访问，即使你知道它的名字。

导入策略：选择性与重命名

有时你只想导入部分符号，或避免名称冲突。Guile 提供精细控制。

仅导入特定符号

(import (only (mylib math utils) add))
; 此时 multiply 不可用

重命名导入符号

(import (rename (mylib math utils) (add my-add)))
; 现在用 my-add 调用原 add 函数
(my-add 1 2) ; 返回 3

组合使用

(import (only (rename (srfi srfi-1) (fold fold-left)) fold-left))

常见错误与排查

实战：构建多文件项目

假设你要开发一个简单计算器，拆分为两个模块。

1. 创建 ops.scm：

(define-module (calc ops)
  #:export (+ - * /))

(define (+ a b) (primitive+ a b))
(define (- a b) (primitive- a b))
(define (* a b) (primitive* a b))
(define (/ a b) (if (zero? b) (error "Divide by zero") (primitive/ a b)))

2. 创建 ui.scm：

(define-module (calc ui)
  #:export (run-calculator))

(import (calc ops)
        (ice-9 format))

(define (run-calculator)
  (format #t "Result: ~a\n" (+ 10 (* 3 4))))

3. 主程序 app.scm：

(add-to-load-path ".")
(import (calc ui))
(run-calculator) ; 输出: Result: 22

运行命令：

guile app.scm

模块初始化与副作用

模块顶层表达式只在首次导入时执行一次。适合做一次性初始化。

(define-module (mylib config)
  #:export (config-data))

(format #t "Loading config...\n") ; 仅打印一次

(define config-data
  '((host . "localhost") (port . 8080)))

多次 import 不会重复执行 format 语句。

使用标准库模块

Guile 自带大量模块，无需额外安装。常用示例：

• (ice-9 format)：提供 format 字符串格式化。
• (srfi srfi-1)：列表处理函数（如 fold, filter）。
• (rnrs io ports)：端口 I/O 操作。

导入标准库：

(import (srfi srfi-1))
(filter even? '(1 2 3 4 5)) ; 返回 (2 4)