LISP - 访问器与修改器

现代 Lisp：使用 defstruct 定义用户自定义结构体

在 Lisp 中，defstruct 是定义新的、轻量级用户自定义数据类型的标准方式。结构体是命名槽位（named slots）的聚合，类似于 C 语言中的 struct 或 Python 中的简单 class。对于你定义的每个结构体，Common Lisp 都会自动生成一组有用的函数，包括构造函数（constructors）、访问器（accessors）和谓词（predicates），它们为与数据交互提供了清晰且受控的接口。

定义结构体及其访问器

当你使用 defstruct 定义一个结构体时，Lisp 会自动创建访问器函数（accessor functions）来检索每个槽位（slot）的值。这些函数的命名方式是连接结构体名称和槽位名称。

示例：定义一个 book 结构体

让我们定义一个 book 结构体，包含书名（title）、作者（author）和出版年份（publication year）等槽位。我们还可以提供默认值和类型提示。

(defstruct book
  (title "" :type string)
  (author "" :type string)
  (publication-year 0 :type (integer 0 *)))

;; 通过定义此结构体，Lisp 会自动提供：
;; - 构造函数：make-book
;; - 访问器：book-title, book-author, book-publication-year
;; - 复制函数：copy-book
;; - 谓词：book-p

现在我们可以创建一个 book 结构体的实例，并使用自动生成的访问器来读取其槽位值。

;; 创建一个 book 结构体的实例
(defparameter *my-book*
  (make-book :title "Structure and Interpretation of Computer Programs"
             :author "Abelson & Sussman"
             :publication-year 1985))

;; 使用访问器获取书名
(book-title *my-book*) ; => "Structure and Interpretation of Computer Programs"

修改器：修改结构体槽位

要修改结构体槽位中的值，Lisp 使用一个强大且通用的宏：setf。你将 setf 与槽位的访问器函数结合使用，以指定要修改的“位置”。这是 Common Lisp 中处理数据修改的惯用且通用的方式。

示例：一个完整的工作流

以下完整示例演示了结构体的定义、创建、访问和修改。

main.lisp

;; 定义一个二维点结构体
(defstruct point
  (x 0.0 :type float)
  (y 0.0 :type float))

;; 创建一个表示原点的实例
(defparameter *p1* (make-point))

;; 打印初始 Y 坐标
(format t "Initial Y: ~a~%" (point-y *p1*))

;; 使用 SETF 和访问器修改 Y 坐标
(setf (point-y *p1*) 10.5)

;; 打印更新后的 Y 坐标
(format t "Updated Y: ~a~%" (point-y *p1*))

;; point-p 谓词检查一个对象是否为 point 类型
(format t "Is *p1* a point? ~a~%" (point-p *p1*))
(format t "Is 42 a point? ~a~%" (point-p 42))

输出

当你编译并加载此文件时，会看到：

Initial Y: 0.0
Updated Y: 10.5
Is *p1* a point? T
Is 42 a point? NIL

关键考量和最佳实践

• 封装性（Encapsulation）: 尽管不如某些语言那样严格，但结合 setf 使用访问器函数能为你的数据提供受控的接口，提高代码清晰度。
• 结构体与类（Structs vs. Classes）: defstruct 非常适合简单的聚合数据。对于涉及继承、方法和多态等更复杂的行为，你应该使用 Common Lisp 对象系统 (CLOS) 中的 defclass。
• 不变性（Immutability）: 对于更函数式的编程风格，可以考虑将结构体视为不可变（immutable）的。与其修改现有结构体，不如创建一个带有所需更改的新结构体。自动生成的 copy-book 函数在此处会很有帮助。