使用 OCaml 的 local 模式编程

在本系列目前关于 locals 的最后一集中，我想用 Jane Street 的 OCaml 编译器分支中的实验性功能，完成一个小型编程示例。这个例子是刻意构造的，但遇到的错误展示了使用局部值时可能出现的实际问题。

假设有一个用整数索引 widget 的映射，我们想找出与 100 以下素数相关的最佳 widget。素数列表已经准备好，get_best 函数接收 widget 列表并返回最佳元素。为了演示，我提供了一些可以编译、但并不打算运行的占位辅助函数。

初始实现遍历素数，查找每个 widget，将结果收集到列表中，再把列表传给 get_best。它可以编译，但中间列表只在该函数执行期间需要，因此我希望避免在堆上分配它。

把列表标为 local 会产生逃逸错误：原先的 get_best 签名要求全局列表，并没有承诺不会存储这个实参。将其列表参数标为 local，就向编译器提供了所需的不逃逸承诺。

这又暴露了另一个错误：get_best 处于尾位置，因此不能在该尾调用中传入局部实参。添加 nontail 标注可以保持相关区域存活。在这个非递归例子里，放弃尾调用优化是可以接受的。

占位签名现在接收局部列表并返回全局 widget，但我们还没有实现它。真正实现一个取第一个元素的函数后，就出现了下一个问题：从局部列表中取出的值会被视为局部值，因此以全局值形式返回会使它逃逸。

我把 get_best 的输入标为 local 后，它推断出的结果也变成局部值。然而，调用方希望返回原始表中的全局 widget。我们需要区分的是：列表单元是局部的，但元素是全局的。

演示中的解决方案是定义一个包装类型，并在其唯一字段上使用 global 模态。包装类型标为 unboxed，这是 OCaml 针对此类单字段记录提供的通用功能：包装值与包装类型具有相同的运行时表示，因此包装本身不需要额外分配。

global 模态表示，即使外层包装值是局部的，该字段仍是全局的。因此，这些包装值组成的局部列表可以包含全局元素。通过模式匹配提取字段后，get_best 就能全局返回该字段，同时不让局部列表本身逃逸。

最初推断出的输入类型要求一个包装后 widget 的映射，这与原始输入不同。在查找后包装每个 widget，就能修正接口：输入仍是普通 widget 的映射，结果是全局值，中间列表是局部的。

这里还有一个微妙之处。local 标注表示列表不会逃逸，但它本身不能保证栈分配。普通 List.map 在堆上分配结果，而全局值可以被视为局部值。因此代码可能通过类型检查，却没有实现期望的分配行为。

为了真正让中间列表在局部区域分配，我另写了一个递归 map。在完整的 Jane Street 环境中，库函数可以提供这一功能，但本例使用标准库环境，因此自行定义一个版本。

map 的类型必须说明结果是局部的。列表的 cons 单元需要分配在调用方的区域内，所以实现会在尾位置使用 exclave。完成这一修改后，map 返回局部分配的列表，调用方无需显式标注也能推断出它的局部性。

这个例子暴露了两个不便之处：要在局部列表中保留全局元素，需要包装再解包；为了控制分配，普通 map 也需要一个返回局部值的对应版本。团队希望模式多态可以改善这一点，也在探索内联模态的可能语法，但这项工作仍处于实验阶段。