LISP - 作为返回值的函数

Lisp - 作为返回值的函数

在 Lisp 中，函数是一等公民（first-class citizens）。这意味着函数是一种数据类型，就像数字、字符串或列表一样。这一原则允许强大的编程范式，包括函数可以返回另一个函数作为其结果的能力。

一等函数具备以下能力：

• 可以存储在变量中：(let ((my-func #'+)) ...)
• 可以作为参数传递：(mapcar #'1+ '(1 2 3))
• 可以从另一个函数返回：这是本章的重点。

关键概念

高阶函数

一个接受另一个函数作为参数，或返回一个函数的函数，被称为高阶函数（higher-order function）。mapcar、reduce 和 remove-if 等函数是常见的内置高阶函数。一个返回函数的函数通常被称为函数工厂（function factory）。

闭包

当一个函数返回另一个函数时，返回的函数不仅包含代码；它还捕获其创建时的词法环境（lexical environment）。函数与其捕获的环境的这种组合被称为闭包（closure）。闭包“记住”了其创建作用域中的变量，即使外部函数执行完毕后也是如此。

示例：一个用于加法器的函数工厂

让我们创建一个高阶函数 make-adder，它充当一个工厂。它接受一个数字 n，并返回一个新函数（一个闭包），该函数将其自身参数加上 n。

main.lisp

;; A higher-order function that returns a function.
(defun make-adder (n)
  "This is a function factory. It creates and returns a new function
   that will add N to any number given to it."
  (lambda (y)
    (+ n y))) ; The returned lambda CLOSES OVER the variable 'n'.

;; --- Using the function factory ---

;; Create a specific "add-5" function.
(let ((add-5 (make-adder 5)))

  ;; `add-5` is now a function we can call.
  ;; We use `funcall` to invoke a function stored in a variable.
  (print (funcall add-5 10)) ; -> 15
  (print (funcall add-5 100)); -> 105
)

;; We can create another adder on the fly.
(let ((add-10 (make-adder 10)))
  (print (funcall add-10 10)) ; -> 20
)

输出

当你执行这段代码时，它会返回以下结果：

15
105
20

闭包的实际应用

• 可定制行为：你可以创建泛型函数并通过返回专门的版本来定制它们，减少代码重复。
• 有状态函数：闭包可用于在调用之间维护状态，无需使用全局变量或对象。一个经典示例是计数器函数，它会“记住”其上一个值。
• 延迟执行（回调）：在事件驱动编程中（例如图形用户界面（GUI）或异步网络编程），你通常需要定义当事件发生时稍后应该发生什么。闭包非常适合创建这些回调函数，因为它们可以捕获必要的上下文，以便在事件最终触发时使用。

示例：一个有状态的计数器

(defun make-counter ()
  (let ((count 0))
    (lambda ()
      (incf count)))) ; incf increments the 'count' variable

(let ((counter-a (make-counter))
      (counter-b (make-counter)))

  (print (funcall counter-a)) ; -> 1
  (print (funcall counter-a)) ; -> 2

  (print (funcall counter-b)) ; -> 1 (A separate closure with its own 'count')
  (print (funcall counter-a)) ; -> 3
)

每次调用 make-counter 都会创建一个新的闭包，拥有其自己的私有 count 变量，这展示了闭包如何封装行为和状态。