纯Scheme语言Web编程工具亮相

背景

在 Web 开发领域，将高级语言直接编译到 WebAssembly（Wasm）并实现在浏览器中实时运行一直是一个前沿方向。传统上，前端代码的编译依赖服务器端或预构建流程，而 Hacker News 上发布的这篇关于 Goeteia 的文章展示了一种突破性方案：一个纯 Scheme 编写的 Web 编程工具，整个编译器以 Wasm 形式部署在浏览器中，用户编写的 Scheme 代码无需服务器即可在客户端完成编译和执行。该项目自托管的特性（编译器用自身编译的子集编写）和对 Wasm GC（垃圾回收）、尾调用等最新提案的利用，使其在性能、体积和可移植性上具有独特优势。

核心内容

Goeteia 是一个纯 Scheme Web 编程工具。页面中除了这段介绍文字外，所有内容均由 Goeteia 自身渲染。用户编辑的 Scheme 代码会被即时编译为 WebAssembly，并在浏览器中直接运行——整个过程完全在客户端完成，无需服务器参与。页面携带了整个编译器（goeteia.wasm，gzip 后约 70 KB，首次加载后缓存），每次点击“Run”按钮，编译器会在约 15 毫秒内重新编译上方的源代码。

该编译器使用它所编译的 Scheme 子集编写，且实现了自托管：自托管构建过程会重新编译自身，输出结果与原始编译器字节完全相同。每次变更都会通过 CI 方式检查这个不动点（fixpoint），所有测试都会在两个编译阶段（自身编译和自编译输出）中运行。

技术细节方面：

• Fixnum 实现为无装箱的 i31ref（Wasm GC 中的 31 位整数引用），pair（对）和 record（记录）使用 GC 结构体，eq? 是单个 ref.eq 操作。没有在 JavaScript 中设置影子堆（shadow heap），宿主（JavaScript 环境）仅提供两个字节流导入（byte-stream imports），其他什么都不需要。
• syntax-rules 和过程式 syntax-case（带有 fenders、嵌套省略号以及 datum->syntax）在编译期解释器中运行，通过重命名实现卫生宏。
• 类型化函数引用（typed function references）每个闭包有快速的按参数个数入口和通用入口——变参过程（variadic procedures）和 apply 代价低廉，所有尾调用都是 return_call（Wasm 尾调用指令）。一个 1 亿次迭代的循环在恒定栈上运行，耗时约 150 毫秒。
• Fixnum 溢出时自动升级为大整数（bignum），使用内联检查（两次位比较）；flonum 具有传染性（contagion，即算术运算中自动转换为浮点数）；rational（有理数）和 complex（复数）是精确的；浮点字面量由纯 Scheme 编码为 IEEE-754 格式，因此两个宿主（浏览器和 Node.js）发出相同的字节。
• 逃逸续延（escape continuations）利用 Wasm 异常处理提案：捕获是 O(1) 操作，正常路径只消耗一个 try 块，winders（动态风检查）在退出时内层到外层展开。
• 提供了 (web sx) 模板（基于细粒度信号 (web reactive)）、(web html) 渲染器以及直接访问宿主的 (web js) FFI（外部函数接口）——这个页面就是用这些库构建的。
• 支持 R6RS 风格的 (library ...) 文件，带有 (import (math utils)) 解析，依赖优先；导出是建议性的，因为未使用的代码会被自动剪枝。

使用示例：

$ git clone https://github.com/guenchi/Goeteia
$ cd Goeteia
$ ./run-tests.sh       # 运行所有测试，包含两个编译器阶段
$ ./build-self.sh      # 用自身重新构建编译器
$ echo '(define (fact n) (if (zero? n) 1 (* n (fact (- n 1)))))
(fact 20)' > fact.ss
$ node rt/compile.mjs goeteia.wasm fact.ss fact.wasm
$ node rt/run.mjs fact.wasm
2432902008176640000

编译后的模块可以在任何支持 Wasm GC 和尾调用的引擎上运行：Node 22+、当前版本的 Chrome / Firefox / Safari、wasmtime。从源码引导（bootstrap）需要 Chez Scheme；但检入仓库的编译器 wasm 文件可以直接使用，无需 Chez Scheme。

关键要点

• 纯客户端编译：整个 Scheme 到 Wasm 的编译器（约 70 KB gzipped）随页面加载，无需服务器或预编译步骤，每次编译仅需 ~15 ms。
• 自托管验证：编译器用自身编译的子集编写，通过 CI 保证自编译输出的字节完全一致（fixpoint），所有测试在两个编译阶段运行。
• 无 JavaScript 阴影堆：宿主仅提供两个字节流导入，Scheme 运行时完全依赖 Wasm GC 管理内存（i31ref 优化 fixnum，GC struct 管理 pair 和 record）。
• 高性能尾调用：使用 Wasm return_call 指令，所有尾调用在恒定栈上执行，1 亿次循环仅 150 ms。
• 数值类型自动升级：Fixnum 溢出时检查并提升为 bignum，flonum 具有传染性，精确有理数和复数支持，浮点字面量编码完全由 Scheme 实现（保证跨平台一致性）。
• 逃逸续延零成本捕获：利用 Wasm 异常处理提案，捕获为 O(1)，正常路径只增加一个 try 块。
• 完整 Web 开发栈：提供信号驱动模板（(web sx)）、HTML 渲染器（(web html)）和直接调用 JavaScript 的 FFI（(web js)），页面自身即用该栈构建。
• R6RS 库系统：支持 library 文件、依赖优先解析，未用代码自动剪枝（export 仅为建议）。
• 广泛的运行时兼容性：编译后的 Wasm 模块可在 Node 22+、Chrome/Firefox/Safari 最新版以及 wasmtime 中运行，无需 Chez Scheme（引导时除外）。

意义与影响

Goeteia 展示了 Scheme 语言在现代 Web 平台上的全新可能性。它将一个完整、自托管的编译器以极小的体积嵌入浏览器，使得用户可以在浏览器中实时编写、编译和运行 Scheme 代码，且性能接近原生。这一模式颠覆了传统上需要服务器或大型开发工具链的 Web 编程交互方式，尤其适合教育、原型设计和线上编程环境。

从技术角度看，Goeteia 充分利用了 Wasm GC、尾调用和异常处理等最新 Wasm 提案，证明了高级语言可以直接、高效地映射到 Wasm 而无需中间层（如 JavaScript 影子堆）。其数值类型自动升级和精确有理数/复数支持，为科学计算和数值应用提供了可靠的方案。自托管的严格字节一致性检查（fixpoint）树立了编译器可靠性的高标杆。

Goeteia 的开放源码（MIT 协议）和基于 R6RS 的库系统，为 Scheme 社区以及 Web 开发者提供了一个可扩展、可移植的基础设施。未来，这种将语言运行时完全编译为 Wasm、依赖宿主仅提供极小接口的模式，可能成为 Web 上运行沙盒化、高性能高级语言的新范式。