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Lisp 之美
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发表于 2018-7-20 08:22
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Lisp 之美
我最近第一次完成了马拉松赛跑,我发现跑步比我预想的更有价值。我跑了 26.2 英里,通过该步骤,我开始认为这是对身体非常有益的简单活动。一些语言给了我类似的感觉,如 Smalltalk 和 Lisp。对 Smalltalk 来说,引发类似感觉的是对象;Smalltalk 中的一切内容都是在处理对象和消息传递。对于 Lisp 来说,这个至为重要的步骤更为简单。这门语言完全由列表组成。但不要被这个简单的假相所欺骗。这门有着 48 年历史的语言具有难以置信的强大功能和灵活性,这是 Java 语言所不能企及的。
第一次和 Lisp 打交道时,我还是在校大学生,但这次不是很顺利。因为我拼命地想把 Lisp 编入到熟悉的过程化范例中,而不是在 Lisp 的函数结构下工作。尽管 Lisp 并不是一门严格的函数语言(因为一些特性,它不符合最严格的术语定义),但 Lisp 的许多习语和特性有着很强的函数风格。从那以后,我学会了利用列表和函数式编程。
关于本系列在 文章中,作者 Bruce Tate 提出这样一个观点:如今的 Java 程序员可通过学习其他方法和语言得到很好的其他思路。自从 Java 技术明显成为所有开发项目的最佳选择以来,编程前景已经变化。其他的框架影响着构建 Java 框架的方式,从其他语言学到的概念可以影响您的 Java 编程。您编写的 Python(或 Ruby、Smalltalk……)代码可以改变您处理 Java 编码的方式。
本系列为您介绍与 Java 开发根本不同,但也可以直接应用于 Java 开发的编程概念和技术。在一些示例中,需要对技术进行集成来利用它。在另外一些示例中,您将能够直接应用这些概念。单独的工具不及其他语言和框架能够影响 Java 社区中的开发人员、框架甚至基本方法的思想那么重要。
本期的
跨越边界
将重拾这份遗失的财富。我会带您简单地领略一下 Lisp 的基本构造,然后快速的扩展开来。您将学到 Lambda 表达式、递归和宏。这份简单的向导会让您对 Lisp 的高效性和灵活性有所理解。
入门本文使用 GNU 的 GCL,它针对许多操作系统都有免费下载。但稍作修改,就能使用任何版本的 Common Lisp。请参见 获取可用 Lisp 版本的详细说明。
和学习大多数其他语言一样,学习 Lisp 最好的方法就是实践。打开您的解释程序,和我一起编码。Lisp 基本上是一门编译好的语言,通过直接键入命令,就可以轻松地用它进行编程。
列表语言基本上,Lisp 是一门关于列表的语言。Lisp 中的一切内容(从数据到组成应用程序的代码)都是列表。每个列表都由一些
原子
和列表组成。数字就是原子。键入一个数字仅仅会返回该数字作为结果:
清单 1. 简单原子
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>1
1
>a
Error: The variable A is unbound.
如果键入一个字母,解释程序会报错,如清单 1 所示。字母是变量,所以使用之前必须先为其赋值。如果想要引用一个字母或词语而不是变量,请使用引号将其括起来。在变量前加单引号告诉 Lisp 延迟对后续列表或原子进行求值,如清单 2 所示:
清单 2. 延迟求值和引用
1
2
3
4
>"a"
"a"
>'a
A
请注意 Lisp 把 a 大写为 A。lisp 假设您希望使用 A 作为符号,因为它没有加括号。后面会讨论赋值,但先要让列表来完成这一任务。简单地讲,Lisp 列表是加了括号并使用空格隔开的原子序列。尝试如清单 3 所示键入一个列表。这个列表是无效的,除非在列表前面加上 '。
清单 3. 键入一个简单列表
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>(1 2 3)
Error: 1 is invalid as a function.
>'(1 2 3)
(1 2 3)
除非在列表前加上 ',否则 Lisp 会像对函数求值那样对每个列表求值。第一个原子是运算符,列表中其余的原子是参数。Lisp 有数目众多的原语函数,正如您预料的那样,其中包括许多数学函数,例如,+、* 和 sqrt。(+ 1 2 3) 返回 6,(* 1 2 3 4) 返回 24。
操纵列表的有两类函数:
构造函数
和
选择函数
。构造函数构建列表,选择函数分解列表。first 和 rest 是核心选择函数。first 选择函数返回列表的第一个原子,rest 选择函数返回除第一个原子外的整个列表。清单 4 显示了这两个选择函数:
清单 4. 基本 Lisp 函数
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5
> (first '(lions tigers bears))
LIONS
> (rest '(lions tigers bears))
(TIGERS BEARS)
这两个选择函数都获取整个列表,返回列表的主要片断。稍后,您将了解递归如何利用这些选择函数。
如果希望构建列表而不是将其分开,就需要构造函数。与在 Java 语言中一样,构造函数构建新元素:在 Java 语言中为对象,在 Lisp 中即为列表。cons、list 和 append 是构造函数示例。核心构造函数 cons 带有两个参数:一个原子和一个列表。cons 将该原子作为第一个元素添加到该列表。如果对 nil 调用 cons,Lisp 将 nil 作为空列表对待,并构建一个含一个元素的列表。append 连接两个列表。list 包含一个由所有参数组成的列表。清单 5 显示了这些构造函数的实际应用:
清单 5. 使用构造函数
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> (cons 'lions '(tigers bears))
(LIONS TIGERS BEARS)
> (list 'lions 'tigers 'bears)
(LIONS TIGERS BEARS)
> (append '(lions) '(tigers bears))
(LIONS TIGERS BEARS)
将 cons 与 first、rest 一起用时可以构建任何列表。list 和 append 运算符只是为了方便,但经常会用到它们。事实上,可以使用 cons、first 和 rest 来构建任何列表,或返回任何列表片段。例如,要获取列表的第二或第三个元素,应该获取 rest 中的 first,或 rest 中的 rest 中的 first,如清单 6 所示。或者,若要构建包含两个或三个元素的列表,可以将 cons 和 first、rest 一起使用,来模拟 list 和 append。
清单 6. 构建第二个元素、第三个元素,然后模拟 list 和 append
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>(first (rest '(1 2 3)))
2
>(first (rest (rest '(1 2 3))))
3
>(cons '1 (cons '2 nil))
(1 2)
>(cons '1 (cons '2 (cons '3 nil)))
(1 2 3)
>(cons (first '(1)) '(2 3))
(1 2 3)
这些示例也许无法引起您的兴趣,但在如此简单的原语之上构建一门简洁优美的语言,其中的原理让一些程序员激动不已。这些由列表构建的简单指令构成了递归、高阶函数,甚至是闭包和 continuation 之类高级抽象的基础。因此下面将研究高级抽象。
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