LISP - 宏

Lisp - 宏简介

宏是 Common Lisp 最强大和最具代表性的特性之一。它们允许你扩展语言自身的语法。俗话说，宏是生成代码的代码。

与在运行时操作值的函数不同，宏是一个转换函数，它接收 Lisp 代码（S-表达式）作为输入，并在编译时生成新的 Lisp 代码作为输出。然后，这段新代码将被编译并执行，以替代原始的宏调用。

使用 defmacro 定义宏

你可以使用 defmacro 特殊操作符来定义宏。其语法与 defun 类似：

(defmacro macro-name (parameter-list)
  "Optional documentation string."
  body-of-macro)

宏的主体必须返回一个 Lisp 形式（一段代码），该形式将替换宏调用。

示例 1：一个简单的日志宏

让我们创建一个 with-logging 宏，它在执行代码块前后打印一条消息。这是函数无法实现的功能，而且无需改变代码的调用方式。

要在宏内部构建代码，我们使用反引号 ( ) 语法。它就像一个模板。我们使用逗号 (,) 对值进行求值并将其插入到这个模板中，使用逗号-at (,@) 来拼接一个值列表。

main.lisp

(defmacro with-logging ((&key (stream '*standard-output*))
                         &body body)
  "Executes BODY, printing a log message before and after."
  `(progn
     (format ,stream "--- Entering logged section ---")
     ,@body
     (format ,stream "--- Exiting logged section ---")))

;; 现在，让我们使用新语法
(with-logging ()
  (print "Doing some work...")
  (let ((x 10) (y 20))
    (format t "The sum is ~a~%" (+ x y))))

输出

当你执行这段代码时，Lisp 会首先将宏展开为 progn 形式，然后运行生成的代码：

--- Entering logged section ---
"Doing some work..."
The sum is 30
--- Exiting logged section ---

工作原理

参数列表中的 &body 关键字将所有后续形式收集到一个名为 body 的列表中。然后，宏主体构建一个 progn 块（该块按顺序求值表达式）。,@body 将 body 变量中的形式列表直接拼接（splice）到 progn 块中。

示例 2：创建 while 循环

Common Lisp 有 loop，但让我们定义自己的 while 循环，以展示宏如何创建新的控制流结构。

main.lisp

(defmacro while (test &body body)
  "Executes BODY as long as TEST evaluates to true."
  `(loop while ,test
         do (progn ,@body)))

;; 使用我们新的 `while` 循环
(let ((counter 3))
  (while (> counter 0)
    (format t "Counter is ~a~%" counter)
    (decf counter)))

输出

这段代码会展开成一个标准的 loop 宏调用，并产生预期结果：

Counter is 3
Counter is 2
Counter is 1

何时使用宏

• 创建新语法或控制流结构：如 with-logging 和 while 所示。
• 控制求值：当你需要阻止参数被求值，或控制它们被求值的次数时（例如，短路逻辑运算符如 and 和 or）。
• 在编译时减少样板代码：编写生成重复但略有不同的定义的代码。
• 指导原则：如果你可以用普通函数解决问题，就使用函数。只有当函数不足以解决问题时，才考虑使用宏。