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為什么我如此迷戀Lisp語言？

本文是從 Why I love Lisp 這篇文章翻譯而來。

這篇文章是我在Simplificator——我工作的地方——的一次座談內(nèi)容的摘錄，座談的題目叫做“為什么我喜歡Smalltalk語言和Lisp語言”。在此之前，我曾發(fā)布過一篇叫做“ 為什么我喜歡Smalltalk?”的文章。

[[46538]]

大漠黃沙 by Guilherme Jófili

Lisp是一種很老的語言。非常的老。Lisp有很多變種，但如今已沒有一種語言叫Lisp的了。事實(shí)上，有多少Lisp程序員，就有多少種Lisp。這是因?yàn)椋?strong>只有當(dāng)你獨(dú)自一人深入荒漠，用樹枝在黃沙上為自己喜歡的Lisp方言寫解釋器時(shí)，你才成為一名真正的Lisp程序員。

目前主要有兩種Lisp語言分支：Common Lisp 和 Scheme，每一種都有無數(shù)種的語言實(shí)現(xiàn)。各種Common Lisp實(shí)現(xiàn)都大同小異，而各種Scheme實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)各異，有些看起來非常的不同，但它們的基本規(guī)則都相同。這兩種語言都非常有趣，但我卻沒有在實(shí)際工作中用過其中的任何一種。這兩種語言中分別在不同的方面讓我苦惱，在所有的Lisp方言中，我最喜歡的是Clojure語言。我不想在這個(gè)問題上做更多的討論，這是個(gè)人喜好，說起來很麻煩。

Clojure，就像其它種的Lisp語言一樣，有一個(gè)REPL(Read Eval Print Loop)環(huán)境，你可以在里面寫代碼，而且能馬上得到運(yùn)行結(jié)果。例如：

 
 
 
      
  
  
  1. 5  
    2.   
  
  
  2. ;=> 5  
    3.   
  
  
  3.  
    4.   
  
  
  4. "Hello world"  
    5.   
  
  
  5. ;=> "Hello world" 
    6.

通常，你會(huì)看到一個(gè)提示符，就像user>，但在本文中，我使用的是更實(shí)用的顯示風(fēng)格。這篇文章中的任何REPL代碼你都可以直接拷貝到Try Clojure運(yùn)行。

我們可以像這樣調(diào)用一個(gè)函數(shù)：

 
 
 
      
  
  
  1. (println "Hello World")  
    2.   
  
  
  2. ; Hello World  
    3.   
  
  
  3. ;=> nil 
    4.

程序打印出“Hello World”，并返回nil。我知道，這里的括弧看起來好像放錯(cuò)了地方，但這是有原因的，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，他跟Java風(fēng)格的代碼沒有多少不同：

 
 
 
      
  
  
  1. println("Hello World") 
    2.

這種Clojure在執(zhí)行任何操作時(shí)都要用到括弧：

 
 
 
      
  
  
  1. (+ 1 2)  
    2.   
  
  
  2. ;=> 3 
    3.

在Clojure中，我們同樣能使用向量(vector):

 
 
 
      
  
  
  1. [1 2 3 4]  
    2.   
  
  
  2. ;=> [1 2 3 4] 
    3.

還有符號(hào)(symbol):

 
 
 
      
  
  
  1. 'symbol  
    2.   
  
  
  2. ;=> symbol 
    3.

這里要用引號(hào)(')，因?yàn)镾ymbol跟變量一樣，如果不用引號(hào)前綴，Clojure會(huì)把它變成它的值。list數(shù)據(jù)類型也一樣：

 
 
 
      
  
  
  1. '(li st)  
    2.   
  
  
  2. ;=> (li st) 
    3.

以及嵌套的list：

 
 
 
      
  
  
  1. '(l (i s) t)  
    2.   
  
  
  2. ;=> (l (i s) t) 
    3.

定義變量和使用變量的方法像這樣：

 
 
 
      
  
  
  1. (def hello-world "Hello world")  
    2.   
  
  
  2. ;=> #'user/hello-world  
    3.   
  
  
  3.  
    4.   
  
  
  4. hello-world  
    5.   
  
  
  5. ;=> "Hello world" 
    6.

我的講解會(huì)很快，很多細(xì)節(jié)問題都會(huì)忽略掉，有些我講的東西可能完全是錯(cuò)誤的。請(qǐng)?jiān)?，我盡力做到最好。

在Clojure中，創(chuàng)建函數(shù)的方法是這樣：

 
 
 
      
  
  
  1. (fn [n] (* n 2))  
    2.   
  
  
  2. ;=> # 
    3.

這顯示的又長又難看的東西是被編譯后的函數(shù)被打印出的樣子。不要擔(dān)心，你不會(huì)經(jīng)常看到它們。這是個(gè)函數(shù)，使用fn操作符創(chuàng)建，有一個(gè)參數(shù)n。這個(gè)參數(shù)和2相乘，并當(dāng)作結(jié)果返回。Clojure和其它所有的Lisp語言一樣，函數(shù)的最后一個(gè)表達(dá)式產(chǎn)生的值會(huì)被當(dāng)作返回值返回。

如果你查看一個(gè)函數(shù)如何被調(diào)用：

 
 
 
      
  
  
  1. (println "Hello World") 
    2.

你會(huì)發(fā)現(xiàn)它的形式是，括弧，函數(shù)，參數(shù)，反括弧。或者用另一種方式描述，這是一個(gè)列表序列，序列的第一位是操作符，其余的都是參數(shù)。

讓我們來調(diào)用這個(gè)函數(shù)：

 
 
 
      
  
  
  1. ((fn [n] (* n 2)) 10)  
    2.   
  
  
  2. ;=> 20 
    3.

我在這里所做的是定義了一個(gè)匿名函數(shù)，并立即應(yīng)用它。讓我們來給這個(gè)函數(shù)起個(gè)名字：

 
 
 
      
  
  
  1. (def twice (fn [n] (* n 2)))  
    2.   
  
  
  2. ;=> #'user/twice 
    3.

現(xiàn)在我們通過這個(gè)名字來使用它：

 
 
 
      
  
  
  1. (twice 32)  
    2.   
  
  
  2. ;=> 64 
    3.

正像你看到的，函數(shù)就像其它數(shù)據(jù)一樣被存放到了變量里。因?yàn)橛行┎僮鲿?huì)反復(fù)使用，我們可以使用簡化寫法：

 
 
 
      
  
  
  1. (defn twice [n] (* 2 n))  
    2.   
  
  
  2. ;=> #'user/twice  
    3.   
  
  
  3.  
    4.   
  
  
  4. (twice 32)  
    5.   
  
  
  5. ;=> 64 
    6.

我們使用if來給這個(gè)函數(shù)設(shè)定一個(gè)最大值：

 
 
 
      
  
  
  1. (defn twice [n] (if (> n 50) 100 (* n 2)))) 
    2.

if操作符有三個(gè)參數(shù)：斷言，當(dāng)斷言是true時(shí)將要執(zhí)行的語句，當(dāng)斷言是 false 時(shí)將要執(zhí)行的語句。也許寫成這樣更容易理解：

 
 
 
      
  
  
  1. (defn twice [n]  
    2.   
  
  
  2.   (if (> n 50)  
    3.   
  
  
  3.       100  
    4.   
  
  
  4.       (* n 2))) 
    5.

非?；A(chǔ)的東西。讓我們來看一下更有趣的東西。

假設(shè)說你想把Lisp語句反著寫。把操作符放到最后，像這樣：

 
 
 
      
  
  
  1. (4 5 +) 
    2.

我們且把這種語言叫做Psil(反著寫的Lisp...我很聰明吧)。很顯然，如果你試圖執(zhí)行這條語句，它會(huì)報(bào)錯(cuò)：

 
 
 
      
  
  
  1. (4 5 +)  
    2.   
  
  
  2. ;=> java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to clojure.lang.IFn (NO_SOURCE_FILE:0) 
    3.

Clojure會(huì)告訴你4不是一個(gè)函數(shù)(函數(shù)是必須是clojure.lang.IFn接口的實(shí)現(xiàn))。

我們可以寫一個(gè)簡單的函數(shù)把Psil轉(zhuǎn)變成Lisp：

 
 
 
      
  
  
  1. (defn psil [exp]  
    2.   
  
  
  2. (reverse exp)) 
    3.

當(dāng)我執(zhí)行它時(shí)出現(xiàn)了問題：

 
 
 
      
  
  
  1. (psil (4 5 +))  
    2.   
  
  
  2. ;=> java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to clojure.lang.IFn (NO_SOURCE_FILE:0) 
    3.

很明顯，我弄錯(cuò)了一個(gè)地方，因?yàn)樵趐sil被調(diào)用之前，Clojure會(huì)先去執(zhí)行它的參數(shù)，也就是(4 5 +)，于是報(bào)錯(cuò)了。我們可以顯式的把這個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)化成list，像這樣：

 
 
 
      
  
  
  1. (psil '(4 5 +))  
    2.   
  
  
  2. ;=> (+ 5 4) 
    3.

這回它就沒有被執(zhí)行，但卻反轉(zhuǎn)了。要想運(yùn)行它并不困難：

 
 
 
      
  
  
  1. (eval (psil '(4 5 +)))  
    2.   
  
  
  2. ;=> 9 
    3.

你開始發(fā)現(xiàn)Lisp的強(qiáng)大之處了。事實(shí)上，Lisp代碼就是一堆層層嵌套的列表序列，你可以很容易從這些序列數(shù)據(jù)中產(chǎn)生可以運(yùn)行的程序。

如果你還沒明白，你可以在你常用的語言中試一下。在數(shù)組里放入2個(gè)數(shù)和一個(gè)加號(hào)，通過數(shù)組來執(zhí)行這個(gè)運(yùn)算。你最終得到的很可能是一個(gè)被連接的字符串，或是其它怪異的結(jié)果。

這種編程方式在Lisp是如此的非常的常見，于是Lisp就提供了叫做宏(macro)的可重用的東西來抽象出這種功能。宏是一種函數(shù)，它接受未執(zhí)行的參數(shù)，而返回的結(jié)果是可執(zhí)行的Lisp代碼。

讓我們把psil傳化成宏：

 
 
 
      
  
  
  1. (defmacro psil [exp]  
    2.   
  
  
  2. (reverse exp)) 
    3.

唯一不同之處是我們現(xiàn)在使用defmacro來替換defn。這是一個(gè)非常大的改動(dòng)：

 
 
 
      
  
  
  1. (psil (4 5 +))  
    2.   
  
  
  2. ;=> 9 
    3.

請(qǐng)注意，雖然參數(shù)并不是一個(gè)有效的Clojure參數(shù)，但程序并沒有報(bào)錯(cuò)。這是因?yàn)閰?shù)并沒有被執(zhí)行，只有當(dāng)psil處理它時(shí)才被執(zhí)行。psil把它的參數(shù)按數(shù)據(jù)看待。如果你聽說過有人說Lisp里代碼就是數(shù)據(jù)，這就是我們現(xiàn)在在討論的東西了。數(shù)據(jù)可以被編輯，產(chǎn)生出其它的程序。這種特征使你可以在Lisp語言上創(chuàng)建出任何你需要的新型語法語言。

在Clojure里有一種操作符叫做macroexpand，它可以使一個(gè)宏跳過可執(zhí)行部分，這樣你就能看到是什么樣的代碼將會(huì)被執(zhí)行：

 
 
 
      
  
  
  1. (macroexpand '(psil (4 5 +)))  
    2.   
  
  
  2. ;=> (+ 5 4) 
    3.

你可以把宏看作一個(gè)在編譯期運(yùn)行的函數(shù)。事實(shí)上，在Lisp里，編譯期和運(yùn)行期是雜混在一起的，你的程序可以在這兩種狀態(tài)下來回切換。我們可以讓psil宏變的羅嗦些，讓我們看看代碼是如何運(yùn)行的，但首先，我要先告訴你do這個(gè)東西。

do是一個(gè)很簡單的操作符，它接受一批語句，依次運(yùn)行它們，但這些語句是被整體當(dāng)作一個(gè)表達(dá)式，例如：

 
 
 
      
  
  
  1. (do (println "Hello") (println "world"))  
    2.   
  
  
  2. ; Hello  
    3.   
  
  
  3. ; world  
    4.   
  
  
  4. ;=> nil 
    5.

通過使用do，我們可以使宏返回多個(gè)表達(dá)式，我們能看到更多的東西：

 
 
 
      
  
  
  1. (defmacro psil [exp]  
    2.   
  
  
  2.   (println "compile time")  
    3.   
  
  
  3.   `(do (println "run time")  
    4.   
  
  
  4.        ~(reverse exp))) 
    5.

新宏會(huì)打印出“compile time”，并且返回一個(gè)do代碼塊，這個(gè)代碼塊打印出“run time”，并且反著運(yùn)行一個(gè)表達(dá)式。這個(gè)反引號(hào)`的作用很像引號(hào)'，但它的獨(dú)特之處是你可以使用~符號(hào)在其內(nèi)部解除引號(hào)。如果你聽不明白，不要擔(dān)心，讓我們來運(yùn)行它一下：

 
 
 
      
  
  
  1. (psil (4 5 +))  
    2.   
  
  
  2. ; compile time  
    3.   
  
  
  3. ; run time  
    4.   
  
  
  4. ;=> 9 
    5.

如預(yù)期的結(jié)果，編譯期發(fā)生在運(yùn)行期之前。如果我們使用macroexpand，或得到更清晰的信息：

 
 
 
      
  
  
  1. (macroexpand '(psil (4 5 +)))  
    2.   
  
  
  2. ; compile time  
    3.   
  
  
  3. ;=> (do (clojure.core/println "run time") (+ 5 4)) 
    4.

可以看出，編譯階段已經(jīng)發(fā)生，得到的是一個(gè)將要打印出“run time”的語句，然后會(huì)執(zhí)行(+ 5 4)。println也被擴(kuò)展成了它的完整形式，clojure.core/println，不過你可以忽略這個(gè)。然后代碼在運(yùn)行期被執(zhí)行。

這個(gè)宏的輸出本質(zhì)上是：

 
 
 
      
  
  
  1. (do (println "run time")  
    2.   
  
  
  2.     (+ 5 4)) 
    3.

而在宏里，它需要被寫成這樣：

 
 
 
      
  
  
  1. `(do (println "run time")  
    2.   
  
  
  2.      ~(reverse exp)) 
    3.

反引號(hào)實(shí)際上是產(chǎn)生了一種模板形式的代碼，而波浪號(hào)讓其中的某些部分被執(zhí)行((reverse exp))，而其余部分被保留。

對(duì)于宏，其實(shí)還有更令人驚奇的東西，但現(xiàn)在，它已經(jīng)很能變戲法了。

這種技術(shù)的力量還沒有被完全展現(xiàn)出來。按著" 為什么我喜歡Smalltalk?"的思路，我們假設(shè)Clojure里沒有if語法，只有cond語法。也許在這里，這并不是一個(gè)太好的例子，但這個(gè)例子很簡單。

cond 功能跟其它語言里的switch 或 case 很相似：

 
 
 
      
  
  
  1. (cond (= x 0) "It's zero"  
    2.   
  
  
  2.       (= x 1) "It's one"  
    3.   
  
  
  3.       :else "It's something else") 
    4.

使用 cond，我們可以直接創(chuàng)建出my-if函數(shù)：

 
 
 
      
  
  
  1. (defn my-if [predicate if-true if-false]  
    2.   
  
  
  2.   (cond predicate if-true  
    3.   
  
  
  3.         :else if-false)) 
    4.

初看起來似乎好使：

 
 
 
      
  
  
  1. (my-if (= 0 0) "equals" "not-equals")  
    2.   
  
  
  2. ;=> "equals"  
    3.   
  
  
  3. (my-if (= 0 1) "equals" "not-equals")  
    4.   
  
  
  4. ;=> "not-equals" 
    5.

但有一個(gè)問題。你能發(fā)現(xiàn)它嗎?my-if執(zhí)行了它所有的參數(shù)，所以，如果我們像這樣做，它就不能產(chǎn)生預(yù)期的結(jié)果了：

 
 
 
      
  
  
  1. (my-if (= 0 0) (println "equals") (println "not-equals"))  
    2.   
  
  
  2. ; equals  
    3.   
  
  
  3. ; not-equals  
    4.   
  
  
  4. ;=> nil 
    5.

把my-if轉(zhuǎn)變成宏：

 
 
 
      
  
  
  1. (defmacro my-if [predicate if-true if-false]  
    2.   
  
  
  2.   `(cond ~predicate ~if-true  
    3.   
  
  
  3.          :else ~if-false)) 
    4.

問題解決了：

 
 
 
      
  
  
  1. (my-if (= 0 0) (println "equals") (println "not-equals"))  
    2.   
  
  
  2. ; equals  
    3.   
  
  
  3. ;=> nil 
    4.

這只是對(duì)宏的強(qiáng)大功能的窺豹一斑。一個(gè)非常有趣的案例是，當(dāng)面向?qū)ο缶幊瘫话l(fā)明出來后(Lisp的出現(xiàn)先于這概念)，Lisp程序員想使用這種技術(shù)。

C程序員不得不使用他們的編譯器發(fā)明出新的語言,C++和Object C。Lisp程序員卻創(chuàng)建了一堆宏，就像defclass， defmethod等。這全都要?dú)w功于宏。變革，在Lisp里，只是一種進(jìn)化。

原文：http://www.aqee.net/why-i-love-lisp/

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