LISP - 程序结构

现代 Lisp - 程序结构与执行

Lisp 程序由 S-表达式（Symbolic Expressions）构建。S-表达式是嵌套列表数据结构的文本表示形式。在 Lisp 中，代码即数据，S-表达式就是用来表示代码的数据结构。S-表达式的基本组成部分是原子（atoms）（如数字 42、符号 my-variable 和字符串 "hello"）和列表（lists）（原子或其他列表的序列，用括号括起来，如 (+ 2 3)）。

Lisp 程序通常使用 REPL（Read-Eval-Print Loop，读取-求值-打印循环）进行交互式开发。现代的 Common Lisp 实现，如 SBCL (Steel Bank Common Lisp) 或 CCL (Clozure CL)，是高性能编译器，它们会即时编译代码，让您在拥有解释器体验的同时享受到编译代码的速度。

读取-求值-打印循环（REPL）

REPL 是交互式 Lisp 开发的核心。它执行一个简单而强大的循环：

1. 读取（Read）：它读取您在提示符下输入的 S-表达式。
2. 求值（Eval）：它对 S-表达式进行求值，将其作为代码执行。
3. 打印（Print）：它将求值结果打印回给您。
4. 循环（Loop）：它等待您的下一次输入。

REPL 中的一个简单程序

让我们编写一个 S-表达式来找出三个数字 7、9 和 11 的和。在 REPL 提示符下（通常是 *），您键入以下 S-表达式：

;; '+' 是函数，数字是它的参数。
(+ 7 9 11)

在您按下 Enter 键后，REPL 会对其进行求值并打印结果：

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Lisp 的前缀表示法

如您所见，Lisp 使用前缀表示法（也称为波兰表示法）。运算符或函数名总是位于括号内的首位，后跟其参数。这是整个语言（从算术到复杂操作）中的一个一致规则。

例如，标准的中缀数学表达式 (10 - 4) * 3 在 Lisp 的前缀表示法中将写为：

;; 前缀表示法：运算符在前，操作数在后。
(* (- 10 4) 3)

让我们看另一个例子：将 68°F 的温度转换为摄氏度。公式是 C = (F - 32) * 5/9。

;; 华氏度到摄氏度转换的 Lisp 代码。
;; 请注意，5/9 会生成一个有理数，确保精度。
(* (- 68 32) 5/9)

REPL 会对此进行求值并返回：

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创建 Lisp 源文件

对于大型程序，您会将代码写入源文件中，通常以 .lisp 为扩展名。然后您可以将此文件加载到正在运行的 Lisp 环境中或对其进行编译。

main.lisp

;;; main.lisp - 一个简单的 Lisp 程序示例。

;; 定义一个将华氏度转换为摄氏度的函数。
(defun fahrenheit-to-celsius (temp-f)
  "将华氏温度转换为摄氏温度。"
  (* (- temp-f 32) 5/9))

;; 调用函数并使用 FORMAT 打印结果。
;; ~a 是值的“美观表示”的占位符。
;; ~% 添加一个换行符。
(format t "68F is ~aC.~%" (fahrenheit-to-celsius 68))

您可以从 Lisp 实现中加载并运行此文件。例如，在 REPL 中：

(load "main.lisp")

输出

执行该文件将产生以下输出：

68F is 20C.

“Hello World”程序

任何编程入门教程都离不开“Hello, World!”示例。以下是在 Common Lisp 中实现它的现代、惯用方式。

hello.lisp

;; 使用 format 函数打印到标准输出流 't'。
;; ~% 是换行符的指令。
(format t "Hello, World!~%")
(format t "I am learning modern Common Lisp!~%")

输出

当加载并执行时，这段代码会产生：

Hello, World!
I am learning modern Common Lisp!

开发环境

要开始现代 Lisp 开发，请考虑使用集成环境。流行的选择包括：

• Portacle：一个便携的、多平台的 Common Lisp 环境，预配置了 Emacs、SBCL 和 Quicklisp。
• Emacs + SLIME/Sly：用于交互式 Lisp 开发的经典且最强大的设置。
• VS Code with Alive：一个现代扩展，为 Visual Studio Code 带来了类似 SLIME 的交互式体验。

设置 Quicklisp（Common Lisp 事实上的包管理器）对于使用第三方库至关重要。