為什麼我喜歡 Lisp 程式語言

這篇文章是我在Simplificator——我工作的地方——的一次座談內容的摘錄，座談的題目叫做“為什麼我喜歡Smalltalk語言和Lisp語言”。在此之前，我曾釋出過一篇叫做“ 為什麼我喜歡Smalltalk？”的文章。

Lisp是一種很老的語言。非常的老。Lisp有很多變種，但如今已沒有一種語言叫Lisp的了。事實上，有多少Lisp程式設計師，就有多少種Lisp。這是因為，只有當你獨自一人深入荒漠，用樹枝在黃沙上為自己喜歡的Lisp方言寫直譯器時，你才成為一名真正的Lisp程式設計師。

目前主要有兩種Lisp語言分支：Common Lisp 和 Scheme，每一種都有無數種的語言實現。各種Common Lisp實現都大同小異，而各種Scheme實現表現各異，有些看起來非常的不同，但它們的基本規則都相同。這兩種語言都非常有趣，但我卻沒有在實際工作中用過其中的任何一種。這兩種語言中分別在不同的方面讓我苦惱，在所有的Lisp方言中，我最喜歡的是Clojure語言。我不想在這個問題上做更多的討論，這是個人喜好，說起來很麻煩。

Clojure，就像其它種的Lisp語言一樣，有一個REPL(Read Eval Print Loop)環境，你可以在裡面寫程式碼，而且能馬上得到執行結果。例如：

通常，你會看到一個提示符，就像user>，但在本文中，我使用的是更實用的顯示風格。這篇文章中的任何REPL程式碼你都可以直接拷貝到Try Clojure執行。
我們可以像這樣呼叫一個函式：

程式列印出“Hello World”，並返回nil。我知道，這裡的括弧看起來好像放錯了地方，但這是有原因的，你會發現，他跟Java風格的程式碼沒有多少不同：

這種Clojure在執行任何操作時都要用到括弧：

在Clojure中，我們同樣能使用向量(vector):

還有符號(symbol):

這裡要用引號(‘)，因為Symbol跟變數一樣，如果不用引號字首，Clojure會把它變成它的值。list資料型別也一樣：

以及巢狀的list：

定義變數和使用變數的方法像這樣：

我的講解會很快，很多細節問題都會忽略掉，有些我講的東西可能完全是錯誤的。請原諒，我盡力做到最好。

在Clojure中，建立函式的方法是這樣：

這顯示的又長又難看的東西是被編譯後的函式被列印出的樣子。不要擔心，你不會經常看到它們。這是個函式，使用fn操作符建立，有一個引數n。這個引數和2相乘，並當作結果返回。Clojure和其它所有的Lisp語言一樣，函式的最後一個表示式產生的值會被當作返回值返回。

如果你檢視一個函式如何被呼叫：

你會發現它的形式是，括弧，函式，引數，反括弧。或者用另一種方式描述，這是一個列表序列，序列的第一位是操作符，其餘的都是引數。

讓我們來呼叫這個函式：

我在這裡所做的是定義了一個匿名函式，並立即應用它。讓我們來給這個函式起個名字：

現在我們通過這個名字來使用它：

正像你看到的，函式就像其它資料一樣被存放到了變數裡。因為有些操作會反覆使用，我們可以使用簡化寫法：

我們使用if來給這個函式設定一個最大值：

if操作符有三個引數：斷言，當斷言是true時將要執行的語句，當斷言是 false 時將要執行的語句。也許寫成這樣更容易理解：

非常基礎的東西。讓我們來看一下更有趣的東西。
假設說你想把Lisp語句反著寫。把操作符放到最後，像這樣：

我們且把這種語言叫做Psil(反著寫的Lisp…我很聰明吧)。很顯然，如果你試圖執行這條語句，它會報錯：

Clojure會告訴你4不是一個函式(函式是必須是clojure.lang.IFn介面的實現)。

我們可以寫一個簡單的函式把Psil轉變成Lisp：

當我執行它時出現了問題：

很明顯，我弄錯了一個地方，因為在psil被呼叫之前，Clojure會先去執行它的引數，也就是(4 5 +)，於是報錯了。我們可以顯式的把這個引數轉化成list，像這樣：

這回它就沒有被執行，但卻反轉了。要想執行它並不困難：

你開始發現Lisp的強大之處了。事實上，Lisp程式碼就是一堆層層巢狀的列表序列，你可以很容易從這些序列資料中產生可以執行的程式。

如果你還沒明白，你可以在你常用的語言中試一下。在陣列裡放入2個數和一個加號，通過陣列來執行這個運算。你最終得到的很可能是一個被連線的字串，或是其它怪異的結果。

這種程式設計方式在Lisp是如此的非常的常見，於是Lisp就提供了叫做巨集(macro)的可重用的東西來抽象出這種功能。巨集是一種函式，它接受未執行的引數，而返回的結果是可執行的Lisp程式碼。

讓我們把psil傳化成巨集：

唯一不同之處是我們現在使用defmacro來替換< code>defn。這是一個非常大的改動：

請注意，雖然引數並不是一個有效的Clojure引數，但程式並沒有報錯。這是因為引數並沒有被執行，只有當psil處理它時才被執行。psil把它的引數按資料看待。

如果你聽說過有人說Lisp裡程式碼就是資料，這就是我們現在在討論的東西了。資料可以被編輯，產生出其它的程式。這種特徵使你可以在Lisp語言上建立出任何你需要的新型語法語言。

在Clojure裡有一種操作符叫做macroexpand，它可以使一個巨集跳過可執行部分，這樣你就能看到是什麼樣的程式碼將會被執行：

你可以把巨集看作一個在編譯期執行的函式。事實上，在Lisp裡，編譯期和執行期是雜混在一起的，你的程式可以在這兩種狀態下來回切換。我們可以讓psil巨集變的羅嗦些，讓我們看看程式碼是如何執行的，但首先，我要先告訴你do這個東西。

do是一個很簡單的操作符，它接受一批語句，依次執行它們，但這些語句是被整體當作一個表示式，例如：

通過使用do，我們可以使巨集返回多個表示式，我們能看到更多的東西：

新巨集會列印出“compile time”，並且返回一個do程式碼塊，這個程式碼塊列印出“run time”，並且反著執行一個表示式。這個反引號`的作用很像引號'，但它的獨特之處是你可以使用~符號在其內部解除引號。如果你聽不明白，不要擔心，讓我們來執行它一下：

如預期的結果，編譯期發生在執行期之前。如果我們使用macroexpand，或得到更清晰的資訊：

可以看出，編譯階段已經發生，得到的是一個將要列印出“run time”的語句，然後會執行(+ 5 4)。println也被擴充套件成了它的完整形式，clojure.core/println，不過你可以忽略這個。然後程式碼在執行期被執行。

這個巨集的輸出本質上是：

而在巨集裡，它需要被寫成這樣：

反引號實際上是產生了一種模板形式的程式碼，而波浪號讓其中的某些部分被執行((reverse exp))，而其餘部分被保留。

對於巨集，其實還有更令人驚奇的東西，但現在，它已經很能變戲法了。

這種技術的力量還沒有被完全展現出來。按著” 為什麼我喜歡Smalltalk？”的思路，我們假設Clojure裡沒有if語法，只有cond語法。也許在這裡，這並不是一個太好的例子，但這個例子很簡單。

cond 功能跟其它語言裡的switch 或 case 很相似：

使用 cond，我們可以直接建立出my-if函式：

初看起來似乎好使：

但有一個問題。你能發現它嗎？my-if執行了它所有的引數，所以，如果我們像這樣做，它就不能產生預期的結果了：

把my-if轉變成巨集：

問題解決了：

這只是對巨集的強大功能的窺豹一斑。一個非常有趣的案例是，當物件導向程式設計被發明出來後(Lisp的出現先於這概念)，Lisp程式設計師想使用這種技術。

C程式設計師不得不使用他們的編譯器發明出新的語言,C++和Object C。Lisp程式設計師卻建立了一堆巨集，就像defclass， defmethod等。這全都要歸功於巨集。變革，在Lisp裡，只是一種進化。