欢迎来到Lisp

0. Lisp系统的交互式前端（REPL）

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刚接触Lisp，会发现每种Lisp的实现都会带有REPL（read - eval - print -loop）。
这里记录一下REPL相关的说明及问题。

• 顶层（toplevel）
  在任何lisp系统中的交互式前端（repl），叫做顶层。

• 中断循环（break loop）
  如果输入了一些Lisp无法理解的东西，它会打印出一个错误信息，然后进入一个叫做
  中断循环的顶层。
  中断循环给予有经验的程序员一个找出错误原因的大集会，不过对于初学者可能只能
  跳出这个循环了。
  每个Lisp实现的REPL的中断循环跳出的方式不通，请根据提示使用。

1. 形式（Form）

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Lisp中使用S表达式进行程序的书写。通过左括号（ 表示表达式开始，右括号 ）表示表达式结束。
正式因为使用了这种表达式，所以Lisp的语法十分简单，因为除了像1这种原子外，都是括号中的表达式。

2. 求值（Evaluation）

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Lisp使用前缀表达式，类似（+ 1 2）这种形式。括号内的第一个元素是函数，后面的就是函数的参数。

Lisp中使用quote作为一种保护表达式不被求值的方式，quote也可以缩写为'。

3. 数据（Data）

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Lisp提供了在其他预言中找的到的及找不到的数据类型。如，整数（integer）、字符串（string）等其他语言中可以找到的数据类型。还有如，符号（symbol）与列表（lists）等，在其他语言中找不到的数据类型。

• 符号（通常） 不对自己身求值，所以需要使用quote引用它。

• 列表是由被括号包裹住的零个或多个元素来表示的。括号内的元素可以是任何类型。
  使用列表不许要引用（quote或者其缩写'），不然Lisp会以为是一个函数调用。

• list函数可以用来创建列表。但不同的是，由于list是函数，所以它的实参自然会被求值。

4. 列表操作（List Operations）

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• cons函数用来构造列表

• car函数获取列表的第一个元素

• cdr函数获取列表除第一个元素外的所有元素

• third函数可以获取列表的第三个函数，通过的还有first、second等等。

5. 真与假（Truth）

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在Common Lisp中，t表示逻辑真，nil表示逻辑假。
将返回值逻辑真或逻辑假的函数称为谓词（predicate）。所以谓词的名字通常以p结尾。

• listp函数判断是否为列表。
• null函数判断是否为空（假）。
• not函数对参数进行逻辑非判断。
• if条件，通常接受三个表达式，一个test表达式，一个then表达式和一个else表达式。若test为逻辑真则对then表达式求值，并返回表达式的值。
  否则，对else表达式求值，并返回表达式的值。
  if的else实参是选择性的，如果不写，默认是nil。
• and宏对任意参数进行逻辑与判断。
• or宏对任意实参进行逻辑或判断

6. 函数（Functions）

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使用defun定义新函数，Lisp不对程序（program）、过程（procedure）及函数（function）做区别。

7. 递归（Recursion）

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函数自己调用自己称为递归。

• eql函数（谓词）测试两个实参是否相等
• member测试第一个实参（元素）是否为第二个实参（列表）中的成员。

8.阅读Lisp（Reading Lisp）

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使用缩进来阅读及编写程序，不要只盯着括号看。任何好的编辑器都会又括号匹配的功能。

9. 输入输出（Input and Output）

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• format格式化输出
• read标准输入函数

10. 变量（Variables）

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• let可以创建新的局部变量，在特定的上下文中使用。
  let表达式有两个部分
  第一部分为一组创建新变量的指令，形式为（variable expression）。
  第二部分为一个有表达式的函数体，在函数体内最后一个表达式的求值结果为let的返回值。

• numberp（谓词）用来测试实参是否为一个数字

• defparameter用来创建一个全局变量，全局变量的命名通常以开始，并以结束。

• defconstant用来创建全局常量。不需要给全局常量一个独一无二的名字，因为如果相同名字存在，会产生重复定义的错误。

• boundp函数用来检查实参是否为全局变量或全局常量

11. 赋值（Assignment）

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• setf是赋值操作符，可以给全局或局部变量赋值。
  setf的第一个实参可以是表达式或变量名。
  如果setf的第一个实参是符号（symbol），并且不是某个局部变量的名字，则setf会把这个符号设为全局变量。也就是隐式的创建全局变量。
  但是还是推荐使用defparamter明确地创建全局变量。

12.函数式编程（Functional Programming）

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函数式编程意味着撰写利用返回值工作的程序，而不是修改程序中的某些东西。换言之，只使用函数的返回值，而不使用函数的副作用。

函数式编程允许使用交互式测试（interactive testing）。

13.迭代（Iteration）

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当想要重复做一些事情的时候，迭代比递归来的更自然。

• do宏是Common Lisp中最基本的迭代操作符。

  • 第一个实参是一组变量说明列表，（variable initial update）。
    其中variable是符号，initial与update是表达式。变量会被赋予initial表达式的值 作为初始值。每一次迭代，都会被赋予update表达式的值。
  • 第二个实参包含一个货多个表达式。其中，第一个表达式用来测试迭代是否结束。
    而之后的表达式则被依次求值，直到迭代结束。其中最后一个值会被当作do的返回值返回。
  • 其余的实参则组成了循环的函数体。每次迭代，都会被依序求值。

• progn接受任意数量的表达式，依序求值，并返回最后一个表达式的值。

• dolist接受该形式的实参（variable expression），并在后边跟着一个具有表达式的函数主体。函数主体会被求值，而变量相继与表达式所返回的列表元素绑定。

14. 函数作为对象（Functions as Objects）

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Lisp中，函数与符号、字符串一样是第一类对象。

• function特殊操作符返回接受实参关联的对象，缩写为#'，称为升引号（sharp-quote）。
  升引号后接函数名便可以将函数当作实参传给函数，function + 或 #'+。

• apply接受一个函数和一个实参列表，并返回把传入函数应用到实参列表的结果。
  apply接受任意数量的实参，最后一个是列表即可。

• funcall与apply的效果相同，只是不需要把实参包装成列表。

• lambda创建匿名函数使用 (funcall #'(lambda (x) (+ x 100)) 1)

15. 类型（Types）

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在Common Lisp中，数值才是又类型的，而变量没有。
类型又fixnum、integer、rational、real、number、atom和t。
其中t是所有类型的基类（supertype）。

• typep函数接收一个对象和一个类型，然后判断对象是否为该类型

习题（Exercises）

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• （a） 14
• （b） '(1 5)
• （c）7
• （d）'(nil 3)

• (cons 'a '(b c))
• (cons 'a (cons 'b '(c)))
• (cons 'a (cons 'b (cons 'c ())))

(defun our-get-fourth (lst)
        (car (cdr (cdr (cdr lst)))))

(defun our-max (first-num second-num)
      (if (> first-num second-num)
        first-num second-num))

• （a）遍历x，遍历完毕后，返回一个nil
• （b）在y中查找x，如果找到，则返回元素在列表中的位置，如果没有找到则返回nil。

• （a）x为car就可以得到相同的结果
• （b）x为or可以得到相同的结果
• （c）x为apply可以得到相同的结果

  (defun our-list-element (lst)
    (if (null (car lst))
      nil
      (if (listp (car lst))
        t
        (our-list-element (cdr lst)))))

• （a）
  • 递归版本

    (defun print-point-rec (num)
      (if (zerop num)
        'done
        (progn
          (format t "~A" ".")
          (print-point-rec (- num 1)))))
    

  • 迭代版本

    (defun print-point-ite (num)
      (do ((i num (- i 1)))
        ((zerop i) 'done)
        (format t "~A" ".")))
    
    

• （b）
  • 递归版本

    (defun count-list-rec (lst)
      (if (null lst)
         0
        (+ 1
           (count-list (cdr lst)))))
    

  • 迭代版本

    (defun count-list-ite (lst)
      (let ((len 0))
        (dolist (obj lst)
          (setf len (+ 1 len)))
          len))
    

• （a）该函数接受一个数字列表是没问题，但是如果接受的是空列表或字符列表，则会报错。

• （b）该函数没有结束条件，不论传入何种列表都会死循环。

• 更改后为

    (defun summit-second (lst)
       (let ((x (car lst)))
         (if (null x)
         0
         (if (numberp x)
           (+ x (summit-second (cdr lst)))
           (summit-second (cdr lst))))))