你不可不知的9种Lisp语言思想

Lisp语言诞生的时候就包含了9种新思想。其中一些我们今天已经习以为常,另一些则刚刚在其他高级语言中出现,至今还有2种是Lisp独有的。按照被大众接受的程度,这9种思想依次如下排列。

(1) 条件结构(即if-then-else结构)。现在大家都觉得这是理所当然的,但是Fortran I就没有这个结构,它只有基于底层机器指令的goto结构。

(2) 函数也是一种数据类型。在Lisp语言中,函数与整数或字符串一样,也属于数据类型的一种。它有自己的字面表示形式(literal representation),能够存储在变量中,也能当作参数传递。一种数据类型应该有的功能,它都有。

(3) 递归。Lisp是第一种支持递归函数的高级语言。

(4) 变量的动态类型。在Lisp语言中,所有变量实际上都是指针,所指向的值有类型之分,而变量本身没有。复制变量就相当于复制指针,而不是复制它们指向的数据。

(5) 垃圾回收机制。

(6) 程序由表达式组成。Lisp程序是一些表达式树的集合,每个表达式都返回一个值。这与Fortran和大多数后来的语言都截然不同,它们的程序由表达式和语句组成。

区分表达式和语句在Fortran I中是很自然的,因为它不支持语句嵌套。所以,如果你需要用数学式子计算一个值,那就只有用表达式返回这个值,没有其他语法结构可用,否则就无法处理这个值。

后来,新的编程语言支持块结构,这种限制当然也就不存在了。但是为时已晚,表达式和语句的区分已经根深蒂固。它从Fortran扩散到Algol语言,接着又扩散到它们两者的后继语言。

(7) 符号类型。符号实际上是一种指针,指向存储在散列表中的字符串。所以,比较两个符号是否相等,只要看它们的指针是否一样就行了,不用逐个字符地比较。

(8) 代码使用符号和常量组成的树形表示法。

(9) 无论什么时候,整个语言都是可用的。Lisp并不真正区分读取期、编译期和运行期。你可以在读取期编译或运行代码,也可以在编译期读取或运行代码,还可以在运行期读取或者编译代码。

在读取期运行代码,使得用户可以重新调整(reprogram)Lisp的语法;在编译期运行代码,则是Lisp宏的工作基础;在运行期编译代码,使得Lisp可以在Emacs这样的程序中充当扩展语言(extension language);在运行期读取代码,使得程序之间可以用S表达式(S-expression)通信,近来XML格式的出现使得这个概念被重新“发明”出来了。

Lisp语言刚出现的时候,这些思想与其他编程语言大相径庭,后者的设计思想主要由50年代后期的硬件决定。随着时间流逝,流行的编程语言不断更新换代,语言设计思想逐渐向Lisp靠拢。思想(1)到思想(5)已经被广泛接受,思想(6)开始在主流编程语言中出现,思想(7)在Python语言中有所实现,不过似乎没有专用的语法。

思想(8)可能是最有意思的一点。它与思想(9)只是由于偶然原因才成为Lisp语言的一部分,因为它们不属于麦卡锡的原始构想,是由拉塞尔自行添加的。它们从此使得Lisp语言看上去很古怪,但也成为了这种语言最独一无二的特点。说Lisp语言古怪倒不是因为它的语法很古怪,而是因为它根本没有语法,程序直接以解析树(parse tree)的形式表达出来。在其他语言中,这种形式只是经过解析在后台产生,但是Lisp直接采用它作为表达形式。它由列表构成,而列表则是Lisp的基本数据结构。

用一门语言自己的数据结构来表达该语言是非常强大的功能。思想(8)和思想(9),意味着你可以写出一种能够自己编程的程序。这可能听起来很怪异,但是对于Lisp语言却是再普通不过。最常用的做法就是使用宏。

术语“宏”在Lisp语言中的意思与其他语言中的不一样。Lisp宏无所不包,它既可能是某样表达式的缩略形式,也可能是一种新语言的编译器。无论是想真正理解Lisp语言,还是只想拓宽编程视野,最好都学学宏。就我所知,宏(采用Lisp语言的定义)目前仍然是Lisp独有的。一个原因是为了使用宏,你大概不得不让你的语言看上去像Lisp一样古怪。另一个可能的原因是,如果你想为自己的语言添上这种终极武器,你从此就不能声称自己发明了新语言,只能说发明了一种Lisp的新方言。

我把这件事当作笑话说出来,但是事实就是如此。如果你创造了一种新语言,其中有car、cdr、cons、quote、cond、atom、eq这样的功能,还有一种把函数写成列表的表示方法,那么在它们的基础上完全可以推导出Lisp语言的所有其他部分。事实上,Lisp语言就是这样定义的,麦卡锡把语言设计成这个样子就是为了让这种推导成为可能

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