在CSDN 15年的征文活动时瞎写的文章,超迷lisp呀

目录

  1. 前言
  2. Hello World
  3. 100的阶层
  4. Lambda表达式
  5. 无穷流
  6. Loop
  7. 总结

前言

自从看到那个征文活动便灵感突现,这是个为大家介绍Lisp语言的机会,也是个赞扬最让我心动的语言的机会。

毕竟还是学生党,还未有太多时间来学习它,但内心满满的都是热爱与兴奋。文中如有疏漏,还请各位指教!

一次偶然在《黑客与画家》第二版中了解到这门神奇的语言,瞬间便被”洗脑“,立刻找到一大堆资料,前前后后的兴奋的学了几个月,无奈于就业压力,还是选择先将C++/Java等作为主力。

这篇文章主要面向没见过Lisp语言的同学,否则就会觉得这些太简单了,Lisp的博大精深也不是能三两句话讲个明白的。

我并不喜欢讲废话,所以,开始吧!

Hello World

曾看到有人将Common Lisp的Hello World程序来同C++、Java等做对比。在这里并不需要函数或方法,更不需要类,一行代码足矣:

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CL-USER> "hello, world"
"hello, world"

那么这是怎么回事呢?因为在这里字符串有着Lisp能够理解的字面语法并且它是自求值对象。

你觉得这没有打印(Print)出来,所以还不完整么?没问题:

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CL-USER> (format t "hello, world")
hello, world
NIL

NIL可不是表示出了错,而是像你们所知道的”return 0;“一样是FORMAT语句的返回。

你还觉得不服认为没有用到函数?满足你!

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CL-USER> (defun hello-world() (format t "hello, world"))
HELLO-WORLD

上面就是函数的定义了,接下来,就让我们使用它来打印吧!

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CL-USER> (hello-world)
hello, world
NIL

这里写图片描述

好了,这种小儿科的hello world就不继续了,来点炫酷的。

100的阶层

看到这个标题可能有同学会想到,”100的阶层,哦,就是1乘以2乘以3,一直乘到100……for循环就能搞定了。”

那么试试呢?

要用int?还是用long?亦或long long?

那1000的阶层呢,10000的阶层呢?

然而在Lisp中,很容易就可以求出来:

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CL-USER> (defun fact (n)
(if (= n 1)
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(* n (fact (- n 1)))))
FACT
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(define (fact n)
(if (= n 1)
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(* n (fact (- n 1)))))
;Value: fact

上面两段代码分别是Common Lisp和Scheme方言的,没错 ,是方言。

但当真能求100的阶层么?有图有真相!

这里写图片描述

这里写图片描述

Lambda表达式

C#在2007年发布C# 3.0中引进了Lambda,C++在2011年发布的C++11版中引进了Lambda,Java则在2014年发布的Java SE 8中引进了Lambda。而以Lambda为核心的Lisp则在半个世纪前就用上了这一特性。

Lisp能够以此为基础做些什么呢?

这是一门函数式语言,数学是基础,下面就来看看丘奇计数(由数理逻辑学家Alonzo Church发明,其还发明了$\lambda$演算)。

如SICP这本书的练习2.6(相关的习题解见此专栏:SICP练习 )所介绍:在一个对过程做各种操作的语言里,我们完全可以没有数(至少在只考虑非负整数的情况下)。大家编程的时候相比都要用到各种数字,而在这里,我们可以将0和加一实现为:

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(define zero (lambda (f) (lambda (x) x)))
(define (add-1 n)
(lambda (f) (lambda (x) (f ((n f) x)))))

以上这种表示形式就是Church计数。

那么有了0和“加一”该如何定义1呢,其实也不难,对0执行“加一”操作不就等于1了嘛。使用一张之前我博客上用过的图:

这里写图片描述

所以1就可以用如下定义了:

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(define one (lambda (f) (lambda (x) (f x))))

同样,通过

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(add-1 one)

还可以来定义出$two$,以此便可以无限定义下去,无限,无限,无限……

无穷流

既然谈到了“无限”,那怎么能错过无穷流呢?

流,大家自然都用过,但在这里它还能够表示无穷长的序列。下面就是一个承载了所有正整数的流的定义:

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(define (integers-starting-from n)
(cons-stream n (integers-starting-from (+ n 1))))
(define integers (integers-starting-from 1))

其中的$integers-starting-from$是函数名,在函数内部又调用了其自身,这就是递归了,而Lisp最常用的就是递归。

右边的$n$则是传入的参数,在函数内部通过$(+ n 1)$这个前缀表达式不断的更新参数,最后通过$cons-stream$来持续构造这个流。

第一段代码定义了一个函数,第二段代码则定义了一个变量,它以$1$为参数传入$integers-starting-from$构造出“1、2、3、4……”这一无穷流。

虽然无法打印出来(但这也并不需要诧异,如果真打印出来了,真个地球的纸张也不够吧),但依旧可以取出来。

C系语言中有$pointer$、有$index$,而在这里有$car$和$cdr$。

$car$用于取出序列的头部,$cdr$用于取出序列头部以外的所有部分。所以在此处用$car$取出的就是1,用$cdr$取出的就是以2为起始的无穷流。

这里写图片描述

这篇文章通过新奇的代码以引起同学们的兴趣,虽然体现了Lisp的部分威力,但它能做的远不仅于此。在一个流中加上$filter$过滤器,便可以制成信号处理系统,此处的信号可以是太多因素了,这俨然已经上升到了工业级。

Loop

Loop Example 1

好吧,我承认,这个小标题不像前面的lambda和无穷流那样吸引人,但是此处的loop可是功能多多哦。

通过$in$便列出了序列$(1 2 3 4)$中的所有数。

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CL-USER> (loop for x in (list 1 2 3 4) collect x)
(1 2 3 4)

这并不稀奇,但是再加上$by$呢。

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CL-USER> (loop for x in (list 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12)
by #'cdddr collect x)
(1 4 7 10)

介词这么多,再来一个怎么样?用$on$来构成列表。

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CL-USER> (loop for x on
(loop for y in
(list 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15)
by #'cdddr collect y)
by #'cdr collect x)
((1 4 7 10 13) (4 7 10 13) (7 10 13) (10 13) (13))

Loop Example 2

还不够炫酷?再来!

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CL-USER> (loop repeat 10
for x = 0 then y
for y = 1 then (+ x y)
collect y)
(1 2 4 8 16 32 64 128 256 512)

这段代码主要体现了迭代的思想,大家看看如下迭代过程便能明白,其中$repeat$表示迭代(重复)的次数。

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x=0->1->2->4->8->16->32->64->128->256
y=1->2->4->8->16->32->64->128->256->512

还记得斐波那契数列么?将第二个for改成and,利用这种方式来求斐波那契数列是不是拽到没朋友?

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CL-USER> (loop repeat 10
for x = 0 then y
for y = 1 then (+ x y)
collect y)
(1 2 4 8 16 32 64 128 256 512)
CL-USER> (loop repeat 10
for x = 0 then y
and y = 1 then (+ x y)
collect y)
(1 1 2 3 5 8 13 21 34 55)

Loop Example 3

用C#的同学对其中的LINQ想必是觉得很厉害了,在这里也有类似的方式。

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CL-USER> (loop for i from 1 to 100
when (evenp i) sum i)
2550

这里的$evenp$是一个谓词,用于判断$i$是否是偶数,在这里是累加了1到100的所有偶数,当然你也可以将它们直接打印出来。

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(if (loop for i in '(1 3 5 7 9)
always (oddp i))
(print "Oh, yeah!"))
"Oh, yeah!"
"Oh, yeah!"

这里的$oddp$就是判断奇数的谓词了。咦,这里怎么会有两个”Oh,year!”呢,莫激动,前面的是打印,后面的是返回。


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有没有同学没有听说过“可编程的编程语言”,这就是Lisp,而正是依靠“宏”它才是可编程的。

在写算法题的时候以下类似的代码是不是非常常用?

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#define MAX 10000

它可以被理解为一个微型的宏,最为一个半个世纪历史的语言,Lisp早已将宏做的出神入化了。引用一段话:

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当你开始撰写宏时,你需要像语言设计者一样思考。

我们继续从$for$开始,假设我们想打印出1到8中每个数的平方,你可以这样写:

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for(int i=1;i<=8;i++)

但是呢,程序员嘛,就是这么任性,咱自己写一个$for$吧。天方夜谭?不不不……

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CL-USER> (defmacro for (var start stop &body body)
(let ((gstop (gensym)))
`(do ((,var ,start (1+ ,var))
(,gstop ,stop))
((> ,var ,gstop))
,@body)))
FOR
CL-USER> (for x 1 8
(princ (* x x)))
1491625364964
NIL

上面这个$for$还有下面的这个$random-choice$都是前辈Paul Graham所写,在这里作为例子非常合适。

大家知道函数/方法的参数是给定的,但能不能选取其中一个参数进行求值呢?没错,当然可以。

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(defmacro random-choice (&rest exprs)
`(case (random ,(length exprs))
,@(let ((key -1))
(mapcar #'(lambda (expr)
`(,(incf key) ,expr))
exprs))))

大神写了厉害的宏,我就来使用大神写的宏吧。

这里写图片描述

总结

这只是冰山一角罢了。

如你所见,这就是酷炫的Lisp,一门可编程的编程语言,其还有延时求值和惰性求值等特性,你还可以自己加上新的特性甚至制作自己的方言。

另外也顺便将和Lisp最搭的Emacs也贴出来好了,在Linux上用Emacs是再好不过的事了,但在Windows上简直是各种简陋……于是,我用了这货……

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My Emacs for Common Lisp -*GNU Emacs*

这里写图片描述

OK,写了几个小时就点到为此了。这些并非我从许久之前的学习Lisp时所写的代码中复制过来的,而是此时根据记忆按语法难度重新组织的代码。

Lisp方言众多,有Java程序员喜爱的Clojure,也有用于AutoCAD的AutoLISP,更有本文中使用的专攻学术的Scheme以及工业级的Common Lisp。

学编程两年多,浅浅地用过了好多门语言,唯独Lisp最让我心动,喜欢它的强大与完整,喜欢它的炫酷与简洁,喜欢它的古老与小众。


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