LISP - 函数

Lisp - 函数

函数是任何 Lisp 程序的基本构建块。它们是执行特定任务的独立代码单元。在 Lisp 中，函数是头等公民，这意味着它们可以像数字或字符串等其他数据类型一样，存储在变量中，作为参数传递给其他函数，并作为值返回。

使用 `defun` 定义函数

defun 宏用于定义具名函数。其基本语法如下：

(defun function-name (parameter-list)
  "Optional documentation string."
  function-body)

function-name：一个用于命名函数的符号。
parameter-list：一个用于函数参数的符号列表。
documentation string：描述函数功能的可选字符串。这是一个最佳实践，可以通过 (documentation 'function-name 'function) 获取。
function-body：一个或多个 Lisp 表达式。最后求值的表达式的值将作为函数的返回值隐式返回。

示例：计算圆的面积

让我们定义一个计算圆面积的函数。注意内置常量 pi 的使用。

(defun circle-area (radius)
  "Calculates the area of a circle given its radius."
  (* pi radius radius))

;; 调用函数并打印结果
(format t "Area of a circle with radius 10: ~f~%" (circle-area 10))

输出

Area of a circle with radius 10: 314.15927

高级参数列表

Lisp 函数使用 lambda 列表关键字支持高度灵活的参数列表。

&optional：用于可带默认值的可选参数。
&rest：用于可接受任意数量额外参数的可变参数函数。
&key：用于通过名称而不是位置指定的参数。

示例：灵活的问候函数

(defun greet (name &key (greeting "Hello") (punctuation "!"))
  "Greets a person with customizable options."
  (format nil "~a, ~a~a" greeting name punctuation))

;; --- 用法 ---

;; 默认参数
(print (greet "Alice"))

;; 覆盖一个关键字参数
(print (greet "Bob" :greeting "Hi"))

;; 覆盖所有关键字参数（顺序无关）
(print (greet "Charlie" :punctuation "." :greeting "Good morning"))

输出

"Hello, Alice!"
"Hi, Bob!"
"Good morning, Charlie."

返回值

如前所述，函数会隐式返回其最后求值表达式的值。要从块内部（例如循环）提前返回，可以使用 return-from。

示例：使用 `return-from` 进行显式返回

(defun find-first-odd (numbers)
  "Returns the first odd number in a list, or NIL if none are found."
  (dolist (num numbers) ; dolist 隐式创建一个名为 nil 的块
    (when (oddp num)
      (return-from find-first-odd num)))
  ;; 只有当循环完成且没有找到奇数时，才会到达此部分。
  nil)

(print (find-first-odd '(2 4 5 6 7)))
(print (find-first-odd '(2 4 6 8)))

输出

5
NIL

解释

defun 宏会自动将函数体包装在一个与函数同名的块中。(return-from find-first-odd num) 会立即退出 find-first-odd 函数并返回 num 的值。

高阶函数和 Lambda

高阶函数是接受另一个函数作为参数或返回一个函数的函数。这是函数式编程的基石。

可以使用 lambda 特殊形式动态创建匿名（无名）函数。

示例：使用 `mapcar` 和 `lambda`

mapcar 是一个经典的高阶函数。它将给定函数应用于列表的每个元素，并返回一个包含结果的新列表。

;; 定义一个数字列表
(defparameter *numbers* '(1 2 3 4 5))

;; 使用 mapcar 和具名函数 (sqrt)
(print (mapcar #'sqrt *numbers*))

;; 使用 mapcar 和匿名 lambda 函数来求每个数的平方
(print (mapcar (lambda (x) (* x x)) *numbers*))

输出

(1.0 1.4142135 1.7320508 2.0 2.236068)
(1 4 9 16 25)

解释

#'sqrt：#'（尖引号）语法是 (function sqrt) 的简写。它获取与符号 sqrt 相关联的函数对象。
(lambda (x) (* x x))：创建一个接受一个参数 x 并返回其平方的函数。这个函数对象直接传递给 mapcar。