你不可不知的9種Lisp語言思想
Lisp語言誕生的時候就包含了9種新思想。其中一些我們今天已經習以為常,另一些則剛剛在其他高級語言中出現,至今還有2種是 Lisp 獨有的。按照被大眾接受的程度,這9種思想依次如下排列。
(1) 條件結構(即 if-then-else 結構)。現在大家都覺得這是理所當然的,但是 Fortran I 就沒有這個結構,它只有基于底層機器指令的 goto 結構。
(2) 函數也是一種數據類型。在 Lisp 語言中,函數與整數或字符串一樣,也屬于數據類型的一種。它有自己的字面表示形式(literal representation),能夠存儲在變量中,也能當作參數傳遞。一種數據類型應該有的功能,它都有。
(3) 遞歸。Lisp 是第一種支持遞歸函數的高級語言。
(4) 變量的動態類型。在 Lisp 語言中,所有變量實際上都是指針,所指向的值有類型之分,而變量本身沒有。復制變量就相當于復制指針,而不是復制它們指向的數據。
(5) 垃圾回收機制。
(6) 程序由表達式組成。Lisp 程序是一些表達式樹的集合,每個表達式都返回一個值。這與 Fortran 和大多數后來的語言都截然不同,它們的程序由表達式和語句組成。
區分表達式和語句在 Fortran I 中是很自然的,因為它不支持語句嵌套。所以,如果你需要用數學式子計算一個值,那就只有用表達式返回這個值,沒有其他語法結構可用,否則就無法處理這個值。
后來,新的編程語言支持塊結構,這種限制當然也就不存在了。但是為時已晚,表達式和語句的區分已經根深蒂固。它從 Fortran 擴散到 Algol 語言,接著又擴散到它們兩者的后繼語言。
(7) 符號類型。符號實際上是一種指針,指向存儲在散列表中的字符串。所以,比較兩個符號是否相等,只要看它們的指針是否一樣就行了,不用逐個字符地比較。
(8) 代碼使用符號和常量組成的樹形表示法。
(9) 無論什么時候,整個語言都是可用的。Lisp 并不真正區分讀取期、編譯期和運行期。你可以在讀取期編譯或運行代碼,也可以在編譯期讀取或運行代碼,還可以在運行期讀取或者編譯代碼。
在讀取期運行代碼,使得用戶可以重新調整(reprogram)Lisp 的語法;在編譯期運行代碼,則是 Lisp 宏的工作基礎;在運行期編譯代碼,使得 Lisp 可以在 Emacs 這樣的程序中充當擴展語言(extension language);在運行期讀取代碼,使得程序之間可以用S表達式(S-expression)通信,近來 XML 格式的出現使得這個概念被重新“發明”出來了。
Lisp 語言剛出現的時候,這些思想與其他編程語言大相徑庭,后者的設計思想主要由50年代后期的硬件決定。隨著時間流逝,流行的編程語言不斷更新換代,語言設計思想逐漸向 Lisp 靠攏。思想(1)到思想(5)已經被廣泛接受,思想(6)開始在主流編程語言中出現,思想(7)在 Python 語言中有所實現,不過似乎沒有專用的語法。
思想(8)可能是最有意思的一點。它與思想(9)只是由于偶然原因才成為 Lisp 語言的一部分,因為它們不屬于麥卡錫的原始構想,是由拉塞爾自行添加的。它們從此使得 Lisp 語言看上去很古怪,但也成為了這種語言最獨一無二的特點。說 Lisp 語言古怪倒不是因為它的語法很古怪,而是因為它根本沒有語法,程序直接以解析樹(parse tree)的形式表達出來。在其他語言中,這種形式只是經過解析在后臺產生,但是 Lisp 直接采用它作為表達形式。它由列表構成,而列表則是 Lisp 的基本數據結構。
用一門語言自己的數據結構來表達該語言是非常強大的功能。思想(8)和思想(9),意味著你可以寫出一種能夠自己編程的程序。這可能聽起來很怪異,但是對于 Lisp 語言卻是再普通不過。最常用的做法就是使用宏。
術語“宏”在 Lisp 語言中的意思與其他語言中的不一樣。Lisp 宏無所不包,它既可能是某樣表達式的縮略形式,也可能是一種新語言的編譯器。無論是想真正理解 Lisp 語言,還是只想拓寬編程視野,最好都學學宏。就我所知,宏(采用 Lisp 語言的定義)目前仍然是 Lisp 獨有的。一個原因是為了使用宏,你大概不得不讓你的語言看上去像 Lisp 一樣古怪。另一個可能的原因是,如果你想為自己的語言添上這種終極武器,你從此就不能聲稱自己發明了新語言,只能說發明了一種 Lisp 的新方言。
我把這件事當作笑話說出來,但是事實就是如此。如果你創造了一種新語言,其中有 car、cdr、cons、quote、cond、atom、eq 這樣的功能,還有一種把函數寫成列表的表示方法,那么在它們的基礎上完全可以推導出 Lisp 語言的所有其他部分。事實上,Lisp 語言就是這樣定義的,麥卡錫把語言設計成這個樣子就是為了讓這種推導成為可能。
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