LISP - 符号

Lisp - 符号与属性列表

在 Common Lisp 中，符号（symbol）是一个唯一的、命名的（named）数据对象。它不仅仅是一个变量名；符号本身就是一个可以被操作的对象。可以把它想象成一个命名的容器，可以同时容纳一个值、一个函数和一个属性列表（property list）。

符号的经典特性之一是属性列表（property list），或简称 plist。plist 是一个直接附加到符号上的简单键值存储（key-value store），允许你将任意元数据（metadata）与之关联。

理解属性列表

属性列表的结构是一个由交替出现的键（称为 指示符，indicator）和值组成的列表。例如，如果我们想描述一个人，我们可以使用符号 'person 并附加 age、job 和 city 等属性。

当一个符号首次创建时，它的属性列表是空的。你可以使用 setf 表达式中的 get 函数来添加或修改属性。setf 是 Lisp 的通用赋值操作符（assignment operator），能够修改多种不同类型的位置。

让我们看看如何给名为 book 的符号分配属性。

示例：创建和访问属性

创建一个名为 main.lisp 的新源文件，并输入以下代码。此示例演示了如何设置然后从 book 符号中检索属性。

main.lisp

;;; 使用 SETF 与 GET 来给 'book 符号分配属性。
;;; 注意，符号 ('book) 和指示符 ('title 等) 都需要引用。
(setf (get 'book 'title) "Gone with the Wind")
(setf (get 'book 'author) "Margaret Mitchell")
(setf (get 'book 'publisher) "Warner Books")

;;; 使用 GET 来检索特定属性的值。
(format t "Title: ~s~%" (get 'book 'title))
(format t "Author: ~s~%" (get 'book 'author))

;;; 如果属性不存在，GET 返回 NIL。
(format t "ISBN: ~s~%" (get 'book 'isbn))

输出

当你加载并执行代码（例如，在 SBCL 的 REPL 中使用 (load "main.lisp")）时，它会产生以下结果：

Title: "Gone with the Wind"
Author: "Margaret Mitchell"
ISBN: NIL

管理属性列表

Common Lisp 提供了一些用于管理属性列表的关键函数。

• get symbol indicator &optional default：检索给定 indicator 的值。如果未找到，则返回 NIL 或提供的 default 值。
• symbol-plist symbol：返回符号的整个属性列表。
• remprop symbol indicator：从符号的属性列表中移除一个属性（包括键和值）。

示例：检查和移除属性

让我们在前一个示例的基础上，看看这些函数的实际应用。

main.lisp

;; 定义一个函数来设置和演示符号的属性。
(defun demonstrate-plists (person-symbol)
  (setf (get person-symbol 'age) 43)
  (setf (get person-symbol 'job) "Accountant")
  (setf (get person-symbol 'sex) 'female)

  (format t "Initial plist for '~s: ~s~%"
          person-symbol
          (symbol-plist person-symbol))

  ;; 移除 'age' 属性
  (remprop person-symbol 'age)
  (format t "After removing 'age: ~s~%" (symbol-plist person-symbol)))

;; 使用符号 'annie 运行演示
(demonstrate-plists 'annie)

输出

Initial plist for 'ANNIE: (SEX FEMALE JOB "Accountant" AGE 43)
After removing 'age: (SEX FEMALE JOB "Accountant")

现代最佳实践：属性列表与其他结构

虽然属性列表是 Lisp 的经典特性，但对于建模结构化的应用程序数据，现代 Common Lisp 提供了更好的替代方案：

• 哈希表（Hash Tables）：适用于键不一定是符号的通用键值映射（key-value mapping）。它们效率很高。 (make-hash-table)
• 结构体（Structs）：一种定义带有命名槽（named slots）的简单类对象结构（object-like structures）的轻量级方式。它们提供比属性列表更好的性能和类型检查。(defstruct)
• CLOS 类（CLOS Classes）：完整的 Common Lisp 对象系统（Common Lisp Object System）提供了强大的功能，如继承（inheritance）、多方法（multi-methods）和内省（introspection）。(defclass)

何时使用属性列表？ 属性列表最适合用于将元数据 附加到符号本身，特别是在元编程或与编译器相关的任务中。对于在应用程序中表示书籍或用户等实体，出于简化目的，优先选择 defstruct，或根据更复杂的需求选择 defclass。

示例：defstruct 的替代方案

;; 定义一个书籍结构体
(defstruct book
  title
  author
  publisher
  isbn)

;; 创建一个书籍结构体的实例
(let ((my-book (make-book :title "Structure and Interpretation of Computer Programs"
                          :author "Abelson & Sussman"
                          :publisher "MIT Press")))

  ;; 访问槽（slots）清晰高效
  (format t "Struct Title: ~s~%" (book-title my-book))
  (format t "Struct Author: ~s~%" (book-author my-book)))

输出

Struct Title: "Structure and Interpretation of Computer Programs"
Struct Author: "Abelson & Sussman"