LISP - 结构体

Lisp - 结构体与 `defstruct`

结构体（Structures）是用户定义的复合数据类型，用于将相关数据组织成一个单一对象。在 Common Lisp 中，它们是创建记录状数据（record-like data）的最简单且通常性能最高的方式，尤其适用于不需要 Common Lisp 对象系统（CLOS）全部功能的情形。

使用 `defstruct` 定义结构体

defstruct 宏用于定义一个新的结构体类型。当你定义一个结构体时，Lisp 会自动生成一组有用的函数，用于创建和操作该结构体的实例。

让我们定义一个 book 结构体来跟踪图书馆的藏书：

(defstruct book
  title
  author
  subject
  (book-id -1) ; 提供默认值
  (available-p t))

`defstruct` 自动创建了什么

构造函数 (make-book)：用于创建结构体新实例的函数。
类型谓词 (book-p)：一个函数，如果其参数是 book 结构体，则返回 T；否则返回 NIL。
访问器 (book-title, book-author 等)：用于从结构体实例中检索特定槽（slot）值的函数。
设置器（Setters）：访问器是可 setf 的，允许你修改槽（slot）的值。
复制器 (copy-book)：一个函数，用于创建结构体实例的（浅）副本。

使用结构体：一个完整示例

此示例演示了结构体实例的完整生命周期：创建、访问、修改和类型检查。我们使用 let 来保持变量的局部性。

main.lisp

;; 定义 book 结构体（应位于文件的顶层）
(defstruct book title author subject (book-id -1) (available-p t))

(defun run-book-demo ()
  (let ((book1 (make-book :title "The Pragmatic Programmer"
                          :author "Andy Hunt & Dave Thomas"
                          :subject "Software Engineering"
                          :book-id 101)))

    ;; 1. 打印创建的结构体
    (format t "Created Book:~%  ~s~%~%" book1)

    ;; 2. 访问槽（slot）值
    (format t "Title: ~s~%" (book-title book1))
    (format t "Is available? ~a~%~%" (book-available-p book1))

    ;; 3. 使用 SETF 修改槽（slot）值
    (format t "Checking out the book...~%")
    (setf (book-available-p book1) nil)
    (format t "Is available now? ~a~%~%" (book-available-p book1))

    ;; 4. 使用类型谓词
    (format t "Is book1 a 'book' type? ~a~%" (book-p book1))
    (format t "Is the string \"hello\" a 'book' type? ~a~%" (book-p "hello"))))

;; 运行演示函数
(run-book-demo)

输出

Created Book:
  #S(BOOK :TITLE "The Pragmatic Programmer" :AUTHOR "Andy Hunt & Dave Thomas" :SUBJECT "Software Engineering" :BOOK-ID 101 :AVAILABLE-P T)

Title: "The Pragmatic Programmer"
Is available? T

Checking out the book...
Is available now? NIL

Is book1 a 'book' type? T
Is the string "hello" a 'book' type? NIL

高级 `defstruct` 选项

defstruct 提供了多种选项来定制其行为，使其具有高度灵活性。

:conc-name：控制访问器名称的前缀。(:conc-name book-) 是默认值。将其设置为 nil 将创建没有前缀的访问器（例如 title 而不是 book-title）。
:constructor：定制构造函数名称，例如 (:constructor create-book)。如果为 nil，则不创建构造函数。
:include：允许一个结构体从另一个结构体继承槽（slot）。这是一种简单的继承形式。
:type：指定底层表示形式。(:type vector) 创建一个由向量表示的结构体，这可能更快。(:type list) 使用列表。

包含 `:include` 和 `:conc-name` 的示例

;; 基础结构体
(defstruct vehicle (num-wheels 4))

;; Car 从 vehicle 继承
(defstruct (car (:include vehicle) (:conc-name car-))
  make
  model)

(let ((my-car (make-car :num-wheels 4 :make "Honda" :model "Civic")))
  (format t "My car: ~a, Make: ~a, Wheels: ~a"
          my-car
          (car-make my-car)         ; 来自 car 的访问器
          (vehicle-num-wheels my-car) ; 来自被包含的 vehicle 的访问器
          ))

结构体与类 (CLOS)

什么时候应该使用 defstruct，什么时候应该使用 defclass？

在以下情况使用 defstruct：简单的数据容器、需要紧凑数据（packed data）的性能关键代码，以及不需要多重继承或方法特化等特性时。
在以下情况使用 defclass：复杂的对象模型、需要多重继承的系统、通过泛型函数（多方法）实现动态行为，以及通过元对象协议 (MOP) 进行自省时。

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Lisp - 结构体与 defstruct

使用 defstruct 定义结构体

defstruct 自动创建了什么