LISP - 流

Lisp - I/O 流操作

Common Lisp 中的输入/输出（I/O）通过**流（streams）**处理。流是数据的源或汇，例如控制台、文件，甚至是字符串。这为与不同类型的数据源交互提供了统一的 API。

标准流

Common Lisp 提供了几个始终可用的标准流：

*standard-input*：默认输入流，通常连接到键盘。
*standard-output*：默认输出流，通常连接到控制台显示器。
*error-output*：用于打印错误消息和警告。
*trace-output*：用于跟踪函数执行。

`format` 函数：您的输出首选

尽管存在 write 和 write-line 等函数，但 format 函数是生成格式化输出最强大、最通用的工具。它的第一个参数是目标流（t 表示 *standard-output*），第二个参数是带有指令的控制字符串。

~a (美观 Aesthetic)：以人类可读的方式打印对象。
~s (S-表达式 S-expression)：以机器可读的 Lisp 语法打印对象。
~d (十进制 Decimal)：以十进制打印整数。
~%：打印换行符。
~~：打印字面波浪号 ~。

(let ((name "World") (n 42))
  (format t "Hello, ~a! The number is ~d.~%" name n))
; Output: Hello, World! The number is 42.

您还可以通过使用 nil 作为目标流来使用 format 创建字符串：

(let ((message (format nil "User ~a logged in." "Alice")))
  (print message))
; Output: "User Alice logged in."

文件流：读写文件

文件 I/O 的最佳实践是使用 with-open-file 宏。它会自动打开文件，将流绑定到变量，最重要的是，即使发生错误，也能确保流在之后被关闭。

示例：文件写入与读取

(defun file-io-example ()
  (let ((filename "greetings.txt"))
    ;; 写入文件
    (with-open-file (out-stream filename
                                :direction :output
                                :if-exists :supersede)
      (format out-stream "Hello from Lisp!~%")
      (format out-stream "The year is ~d.~%" 2023))

    (format t "File '~a' written successfully.~%~%" filename)

    ;; 从文件中读取并打印每一行
    (format t "Reading from file:~%")
    (with-open-file (in-stream filename
                               :direction :input)
      (loop for line = (read-line in-stream nil nil)
            while line
            do (format t "  -> ~a~%" line)))))

;; 运行示例
(file-io-example)

错误处理

您可以将文件操作包装在 handler-case 中，以优雅地处理潜在错误，例如文件未找到。

(handler-case
    (with-open-file (stream "non-existent-file.txt"))
  (file-error (c)
    (format *error-output* "Caught a file error: ~a~%" c)))

字符串流

字符串流允许您将字符串视为文件。这对于从字符串中解析数据或在内存中构建复杂字符串非常有用。

示例：从字符串流读取

(let ((data-string "user-id 12345"))
  (with-input-from-string (s data-string)
    (let ((header (read s))
          (id (read s)))
      (format t "Header: ~s, ID: ~s~%" header id))))
; Output: Header: USER-ID, ID: 12345

高级主题：Gray Streams

Gray Streams 是 Common Lisp 的一个标准化扩展，它允许您实现自己的自定义流类。这是一项高级功能，用于创建压缩数据、通过网络通信或与自定义硬件交互的流等任务。对于大多数应用程序而言，内置流类型已足够。