LISP - 结构体类型

Lisp - 使用 defstruct 定义结构类型

在 Common Lisp 中，defstruct 是一个宏，用于定义简单、高效、类似记录的数据结构。它提供了一种便捷的方式，将相关数据分组到具有命名槽位（named slots）的单个对象中。defstruct 会自动为您的新数据类型生成构造函数、访问器和其他实用函数。

定义基本结构

最简单的 defstruct 定义了一种新类型及其槽位。Lisp 随后会创建一套用于操作该类型的函数。

示例：一个 book 结构

main.lisp

;; 定义一个名为 'book' 的结构，包含四个槽位。
(defstruct book
  title
  author
  subject
  id)

;; 创建 'book' 结构的一个实例。
;; 构造函数 'make-book' 会自动为我们创建。
;; 使用关键字参数是标准且易读的做法。
(let ((book1 (make-book :title "The Pragmatic Programmer"
                        :author "Andy Hunt & Dave Thomas"
                        :subject "Software Engineering"
                        :id 9780201616224)))

  ;; 使用自动生成的访问器访问槽位。
  ;; 访问器格式是 '结构名'-'槽位名'。
  (print (book-title book1))
  (print (book-author book1))
  (print (book-id book1))

  ;; 类型谓词 'book-p' 也已创建。
  (print (book-p book1)))

输出

"The Pragmatic Programmer"
"Andy Hunt & Dave Thomas"
9780201616224
T

defstruct 的特性和选项

defstruct 具有高度可定制性。您可以为槽位定义默认值，并控制辅助函数的生成。

示例：带默认值的槽位

(defstruct user
  (name "Anonymous") ; 'name' 槽位的默认值
  (level 1)          ; 'level' 的默认值
  email)

;; 创建一个用户，只提供必需的 'email' 槽位。
(let ((new-user (make-user :email "guest@example.com")))
  (print (user-name new-user)) ; 打印默认值
  (print (user-level new-user)))

;; 创建另一个用户，覆盖默认值。
(let ((admin-user (make-user :name "Admin" :level 99 :email "admin@example.com")))
  (print (user-name admin-user)))

输出

"Anonymous"
1
"Admin"

使用 :include 进行结构继承

结构通过 :include 选项支持单一继承。新结构会继承父结构的所有槽位。

(defstruct person name age)

;; 'student' 结构包含 'person'，因此继承了它的槽位。
(defstruct (student (:include person))
  major
  gpa)

(let ((s1 (make-student :name "Jane Doe" :age 21 :major "Computer Science" :gpa 3.8)))
  ;; 我们可以使用父结构的访问器。
  (print (student-name s1))
  (print (student-major s1)))

输出

"Jane Doe"
"Computer Science"

defstruct 与 CLOS defclass 的比较

在 defstruct 和 defclass（来自 Common Lisp 对象系统，即 CLOS）之间进行选择是一个常见的设计决策：

• 何时使用 defstruct：当您需要一个简单、轻量级的数据容器时。结构通常由 Lisp 系统更高效地实现，非常适合对性能敏感的代码，或者当您只需将少量数据捆绑在一起时。
• 何时使用 defclass：当您需要面向对象编程的全部功能时。这包括多重继承、方法特化（多态性）和类的动态重新定义等，这些特性在结构中是不可用的。

可以将 defstruct 视为用于“数据对象”，而 defclass 用于“行为对象”。

结论

defstruct 是 Lisp 程序员工具箱中一个实用且必不可少的工具。它提供了一种简单、高效、清晰的方式来定义用于聚合信息的自定义数据类型，在原始列表和功能齐全的 CLOS 之间取得了完美的平衡。