Lisp 之美
Bruce Tate (bruce.tate@j2life.com), CTO, WellGood LLC
2007 年 3 月 05 日
Lisp 长久以来一直被视为伟大的编程语言之一。其漫长的发展过程(接近五十年)中引发的追随狂潮表明:这是一门非同凡响的语言。在 MIT,Lisp 在所有程序员的课程中占了举足轻重的地位。像 Paul Graham 那样的企业家们将 Lisp 卓越的生产力用作他们事业成功起步的推动力。但令其追随者懊恼万分 的是,Lisp 从未成为主流编程语言。作为一名 Java™ 程序员,如果您花一点时间研究 Lisp 这座被人遗忘的黄金之城,就会发现许多能够改进编码方式的技术。
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
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
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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。
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
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
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
清单 1. 简单原子
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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
清单 2. 延迟求值和引用
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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
清单 3. 键入一个简单列表
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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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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
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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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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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
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可以猜到,Lisp 函数声明为列表。清单 7 构建了一个返回列表第二个元素的函数,展示了函数声明的形式:
清单 7. 构建第二个函数
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defun
是用于定义自定义函数的函数。第一个参数是函数名
Lisp 也处理条件结构,如 if
语句。格式为 (if condition_statement
then_statement
else_statement)
。清单 8 是一个简单的 my_max
函数,用于计算两个输入变量中的最大值:
清单 8. 计算两个整数中的最大值
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下面回顾一下到目前为止看到的内容:
- Lisp 使用列表和原子来表示数据和程序。
- 对列表求值时将第一个元素看作列表函数,将其他元素看作函数参数。
- Lisp 条件语句将 true/false 表达式和代码一起使用。
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Lisp 提供用于迭代的编码结构,但递归是更受欢迎的列表遍历方式。使用 first
和 rest
组合实现递归效果很好。清单 9 中的 total
函数显示了其运行原理:
清单 9. 使用递归计算列表的总和
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清单 9 中的 total
函数将列表当作单个的参数。第一个 if
语句在列表为空的情况下中断递归,返回零值。否则first
和 rest
的原因。first
能够去除列表的第一个元素,rest
简化了将尾部递归 (清单 9 中的递归类型)应用于列表其余部分的过程。
由于性能的原因,Java 语言中的递归是有限的。Lisp 提供一项称作尾部递归优化 的性能优化技术。Lisp 编译器或解释器能够将特定形式的递归翻译为迭代,从而允许以一种更
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如果模糊了数据和代码之间的区别,Lisp 会更有意思。在本系列的前两篇文章中,介绍了 JavaScript 中的高阶函数 和 Ruby 中的闭包。这两项功能都将函数作为参数进行传递。在 Lisp 中,由于函数和列表没有任何区别,高阶函数也就非常简单。
高阶函数的最常见用法或许是 lambda 表达式,这是闭包的 Lisp 版。lambda 函数是用于将高阶函数传入 Lisp 函数的函数定义。例如,清单 10 中的 lambda 表达式计算了两个整数的和:
清单 10. Lambda 表达式
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如果使用过高阶函数或闭包,那么可能更容易理解清单 10 中的代码。第一行代码定义了一个 lambda 表达式并将其和 total
符号绑定到一起。第二行代码仅显示了这个和 total
绑定到一起的 lambda 表达式。最终,最后一个表达式对包含 (101 102)
的列表应用这个 lambda 表达式。
高阶函数提供比面向对象概念更高层次的抽象。可以用它们来更简洁清
Lisp 还有两种类型的高阶函数。其中功能最强大的可能是宏。宏为后面的执行定义 Lisp 对象。可以将宏看作代码模板。请参考清单 11 中的示例:
清单 11. 宏
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这个示例应该分为两个阶段进行阅读。第一次赋值定义了宏 times_two
。在第二个阶段(称为宏扩展)中,在对 a
求值之前,将 a
扩展为 (* 2 a)
。该模板中这项延迟求值方式使宏的功能非常强大。Lisp 语言本身的许多功能都是基于宏的。
从
年份上讲,Lisp
也许很陈旧,甚至语法也很陈旧。但如果稍作研究,就会发现该语言有