Уроки LISP/1

Загальна інформація

Словом LISP у наш час позначають групу споріднених мов програмування, найпоширенішими з яких є Common Lisp, Scheme та Clojure. Існують і інші лісп-подібні мови. І хоча під словом «Лісп» у вузькому розумінні частіше мається на увазі CL, тут ми будемо розглядати переважно Scheme та Clojure.

Для початку, бажано встановити якийсь лісп-транслятор.

Scheme існує в безлічі реалізацій та діалектів, між якими можуть бути деякі відмінності. Я орієнтуюсь переважно на JVM, тому використовую KAWA і SISC, хоча більшість реалізацій Scheme обходяться без джави. З відомих реалізацій можна згадати, наприклад, GNU Guile (не знаю, правда, наскільки воно кросплатфорне в умовах Win32).

Clojure реалізовано для JVM, також є реалізації для деяких інших віртуальних платформ (CLR (.NET/Mono), JS), якими я не користувався, тому нічого певного сказати не можу. Більшість інформації про Clojure, доступна в мережі, стосується JVM-реалізації.

Встановлення Clojure (для Windows)

На комп'ютері має бути встановлена Java (якщо її нема — встановіть).

Clojure можна скачати звідси: http://clojure.org/downloads

Скачуємо архів, розпаковуємо (наприклад, у C:\Program Files\clojure-1.3.0\).

В цьому каталозі створюємо файл clojure.bat, відкриваємо його в блокноті, пишемо наступне:

   @echo off
   setlocal
   set CLOJURE_HOME=%~dp0
   if defined classpath (
   set classpath=%CLOJURE_HOME%\clojure-1.3.0.jar;%classpath%
   ) else set classpath=%CLOJURE_HOME%\clojure-1.3.0.jar
   java clojure.main %*

Далі для запуску інтерпритатора будемо використовувати clojure.bat — для зручності, можна створити ярлик до нього, також є сенс прописати шлях до нього в змінній середовища path, щоб спростити запуск з командного рядка.

Робота з лісп-подібними мовами передбачає, як правило, можливість використання інтерактивного середовища, також відомого як REPL (Read-Eval-Print Loop — цикл читання-обчислення-друку). Іншими словами, запустивши інтерпритатор, ми можемо безпосередньо в ньому ввести якийсь вираз і отримати результат. Приклад:

  Clojure 1.3.0
  user=> (+ 1 2 3)
  6
  user=> (list 1 2 3)
  (1 2 3)
  user=> (cons 1 (list 2 3))
  (1 2 3)
  user=> (cons 1 (cons 2 (cons 3 ())))
  (1 2 3)
  user=>

(тут і далі дії користувача в інтерактивному середовищі виділятимуться жирним курсивом). Наведені приклади команд дуже прості, тому однаково добре підходять для Clojure, Scheme, CL та інших ліспів. Перша дія — додавання. Особливість синтаксису лісп-подібних мов: у всіх арифметичних операціях використовується префіксна нотація, тобто, знак операції йде перед даними (а не посередині, як ми звикли), знак операції й параметри відокремлені один від одного пробілами, а увесь вираз береться в дужки. Така конструція відома під назвою S-вираз (S-expression). Зверніть увагу: дужки тут обов'язкові, їх не можна опускати чи обгортати вираз у додаткові дужки без необхідності — це змінює значення виразу чи призводить до помилки. Дужки вказують на виклик функції чи макроса — порівняйте це з дужками після імені функції в C-подібних мовах. S-вирази є базовим елементом мови, на їх основі будуються не лише арифметичні обчислення чи виклики функцій, а й алгоритмічні конструкції, описи функцій та ін.

Ще одна особливість — широке використання функцій зі змінною кількістю параметрів. Прикладами таких функцій є всі арифметичні операції, логічні операції (and, or), функція list (але не cons). Дуже зручно, що операції порівняння також можуть мати довільну кількість параметрів — таким чином, ми можемо записати однією дією порівняння одразу трьох-чотирьох чисел (у звичайній мові програмування нам би довелось писати (A=B)and(B=C), тут же ми пишемо (= A B C), тим самим звільняючись від необхідності двічі писати один і той же параметр, який може бути не лише числом чи змінною, а й вкладеним виразом).

Декілька слів про list. Ця функція просто отримує список параметрів і повертає їх як список. Як бачимо, на виводі цей список подається в дужках, подібно до S-виразів. Цей збіг не випадковий: будь-який вираз у дужках при читанні спершу перетворюється на список, і вже потім при обчисленні перший елемент цього списку інтерпритується як ім'я функції, яку треба викликати. Список необов'язково вводити: його можна згенерувати програмно і, наприклад, інтерпритувати його за допомогою функції eval. Сам же список складається з т.зв. cons-елементів. Такий елемент являє собою запис з двома полями, перше з яких (також відоме як car чи, в термінології Clojure, first) може мати довільний тип, а друге (cdr або rest) є посиланням на інший cons чи ознакою кінця списку. (Власне кажучи, у Scheme чи Common Lisp поле cdr також може мати довільний тип, тоді як у Clojure cons-комірка має дещо складнішу архітектуру і є елементом лінивої послідовності, але про це потім). Як бачимо, три останні вирази є повністю еквівалентними: список можна передати і за допомогою list, і за допомогою cons, якщо другий параметр є списком. Окремий випадок — порожній список (), що одночасно виступає як ознака кінця списку. Його неможливо передати за допомогою cons, хоча (list) без параметрів повертає його.

Ми можемо витягнути окремий елемент cons-комірки, використавши функції car та cdr чи first та rest:

  user=> (first (list 1 2 3))
  1
  user=> (rest (list 1 2 3))
  (2 3)
  
  SISC (1.16.6)
  #;> (car (list 1 2 3))
  1
  #;> (cdr (list 1 2 3))
  (2 3)

Крім того, існує можливість запису cons-структур з використанням крапки, що відокремлює cdr-частину. Цей спосіб не використовується в Clojure, але належить до базових можливостей синтаксису традиційних ліспів. Все, що записується як (a b c d), можна записати як (a . (b . (c . (d . ())))) — це одне й те ж. Замість (+ 2 2) можна написати (+ . (2 2)) чи (+ 2 . (2)) — результат буде той же. Також можуть існувати cons-структури, другий елемент яких не є cons чи порожнім списком — в цьому випадку, результат буде відображено в з використанням крапки:

  #;> (cons 1 2)
  (1 . 2)

Однак, ми не можемо писати (1 . 2) замість (cons 1 2) — це буде помилкою, оскільки першим елементом виразу має бути функція. Помилковим буде й запис (list 1 . 2) — вираз має бути правильним списком. Втім, подібна конструкція використовується, наприклад, при описі функцій зі змінною кількістю параметрів, тому деяка користь з неї є.