我也说说Emacs吧(7) - Lisp基础

Lisp基础

Lisp是仅次于Fortran的第二古老的著名计算机语言。
Lisp从一开始就与众不同的一点在于,它是基于S-表达式的语言。也就是说,代码和数据是用同一种方式表达出来的。
S-表达式,我们直观上理解,就是用括号括起来的一串列表。
比如:

(+ 1 1)

Lisp会对这个S-表达式进行求值。

S-表达式可以嵌套,比如可以这样写

(+ 1 (* 2 3))

在lisp中,默认的操作是对S-表达式求值。如果是个数字,就对数字直接求值。如果是字符串也是如此。如果是个表,则将第一个原子当成函数名,对其进行求值。

那么,如果我们只想将一个S-表达式当成数据,不要计算怎么办?我们可以使用quote符号来进行指定,比如:

(quote (+ 1 2))

结果就返回(+ 1 2)这个列表。
quote在lisp中实在是太常用了,所以我们可以用符号“’”来作为它的简称。

定义变量

大家都是写代码的老司机啦,我们就直接从定义变量开始说起。

定义变量可以使用set函数。

(set 'three (+ 1 2))

要注意,因为变量名是不求值的,所以要用quote或者'来阻止求值。将来用变量的值的时候就不用quote了。

定义变量的时候,符号是基本上不可能用求值的,所以'是基本上必须的。每次写太麻烦,于是专门有个setq特殊表,直接包含了对于第一个参数的不求值的quote行为。

定义带文档的变量:defvar特殊表

setq特殊表几乎是lisp语言中最常用的特殊表,但是它有一个问题,变量没有文档。而在emacs中,函数和变量的文档是非常受到重视的。
对于代码中有重要作用的变量,在定义的时候,我们可以通过defvar特殊表来实现。
defvar特殊表不同于setq的是,它只针对未赋过初值的新变量有效,如果已经有值了,它就不起任何作用。所以我们在第一次定义变量的时候使用defvar特殊表吧,文档还是很重要的。

定义局部变量:let特殊表

let可以定义局部变量。let定义的绑定只在函数内部起作用。

格式:

(let ((变量名 绑定值)(变量名 绑定值)) 语句)

例:

(let ((a 1)(b 2)) (+ a b))

a被赋值1,b被赋值2.最终表达式结果是3.

在let中,如果未指明绑定值,则自动绑定到nil上。

注释

emacs的注释以分号开头,分号之后全是注释。

表处理

car和cdr:取表头和其余部分

下面我们开始进入lisp不同于命令式语言的一个特色功能,表处理。

  • car函数:取一个表的第一个元素
  • cdr函数:取一个表的除了car取到部分的其它部分

例:

(car '(1 2 3))

将返回1.

(cdr '(1 2 3 4 5))

取得的结果是(2 3 4 5)

nthcdr函数:多次cdr

如果我们要从(1 2 3 4 5)这个表中取(3 4 5)这样的子表,一次cdr不够,需要做两次,像这样:

(cdr (cdr '(1 2 3 4 5)))

有个更简单的写法是使用nthcdr函数:

(nthcdr 2 '(1 2 3 4 5))

nthcdr的第一个参数,如果是0,则直接返回原表。如果是1,则退化成cdr。

cons函数:将car和cdr拼接起来

cons是car和cdr的逆运算。将两个表拼接成一个新表。
例:

(cons '1 '(2 3 4))

将得到(1 2 3 4).
请注意,cons会将第一个参数当成一个元素处理。
比如:

(cons '(1 2 3) '(4 5 6))

得到的结果不是(1 2 3 4 5 6)而是((1 2 3) 4 5 6)

append函数:将两个表合成一个表

cons是将car和cdr合在一起,如果是想将(1 2 3)和(4 5 6)连接成(1 2 3 4 5 6),此时应该使用append函数:

(append '(1 2 3) '(4 5 6))

获取表中最后一个元素:last函数

car可以获取第一个元素,获取最后一个元素的话可以使用last函数。

构造一个新表: list函数

(list 1 2 3 4)

将构造出(1 2 3 4)表。

求表长度:length函数

例:

(length '(1 2 4 5))

结果为4.

给表换car和cdr:setcar和setcdr函数

例:

(setq list1 '(1 2 3 4))
(setcar list1 5)

此时再通过C-h v去查list1的值,已经变为(5 2 3 4).

我们再将其后部也换掉:

(setcdr list1 '(6))

list1此时的值已经变成(5 6)

将表逆序排列:reverse函数

例:

(reverse '(1 2 3 4))

结果为:(4 3 2 1)

像命令语言一样顺序编程

Lisp基本上是一种函数式的语言。也就是说,如果在C语言中这样写的语句:

int a=func1(0);
int b=func2(a);
int c=func3(b);

换成lisp的写法是这样的:

(func3 (func2 (func1 0)));

我们来个小例子看看:

(defun func1 (x)
  (+ x 1))
(defun func2 (x)
  (* x 2))
(defun func3(x)
  (* x x))
(func3 (func2 (func1 0)))

先执行的,要写在最里面。但是,学习命令式编程的同学们,习惯于先写最先执行的func1,倒过来写觉得思路转不过来。

Lisp善解人意地提供了progn特殊表,可以像C一样顺序执行。
我们可以这么写:

(progn
  (setq a (func1 0))
  (setq b (func2 a))
  (setq c (func3 b)))

针对整个表的进行操作 - mapcar函数

Lisp毕竟是针对表进行处理的语言,如果像命令式的方式处理一个表未免有点low了。

假如我们想将一个表中的每个数字都求平方,我们先定义一个平方函数:

(defun sqr2 (x)
  (* x x))

然后,我们就可以调用mapcar函数,对整个表都应用sqr2函数:

(mapcar 'sqr2 '(1 2 3 4))

针对这样只用一次的函数,我们可以使用lambda表达式来实现:

(mapcar (lambda (x) (* x x)) '(5 6 7 8))

lambda很有趣,既不是函数,也不是特殊表,而是一个宏。关于宏,我们后面再讲。

apply函数

最后介绍一下apply函数,它是可以将函数对表执行操作的函数。
我们看个例子:

(apply '+ '(5 6 7 8))

就相当于:

(+ 5 6 7 8)

循环结构: dolist宏

如果真的想像命令式语言的循环一样对表中的每个元素分别顺序处理的话,可以使用dolist宏,例:

(dolist (num1 '(1 2 3 4))
  (message "%d" num1))

其中,num1是循环绑定变量,在第一轮循环中是1,第二轮中是2,以此类推。

小结

  • setq特殊表:定义变量
  • defvar特殊表:定义带有文档的变量,只能做第一次的初始化,有值就不能用了
  • let特殊表:定义函数内部的局部变量
  • car和cdr,nthcdr:取表头和其余部分
  • last函数:取表尾
  • cons: 构造新表
  • length函数:求表长度
  • append函数:将几个表合并为一个
  • reverse函数:将表反序重排
  • setcar, setcdr: 给表换头或换其余部分
  • mapcar函数:针对每个元素分别进行操作
  • apply函数:针对表执行操作
  • lambda宏:定义匿名函数
  • progn特殊表:顺序编程
  • dolist宏:循环
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