你不可不知的9种Lisp语言思想

编程语言 lisp| 2016-05-06

Lisp语言诞生的时候就包含了9种新思想。其中一些我们今天已经习以为常，另一些则刚刚在其他高级语言中出现，至今还有2种是 Lisp 独有的。按照被大众接受的程度，这9种思想依次如下排列。

(1) 条件结构（即 if-then-else 结构）。现在大家都觉得这是理所当然的，但是 Fortran I 就没有这个结构，它只有基于底层机器指令的 goto 结构。

(2) 函数也是一种数据类型。在 Lisp 语言中，函数与整数或字符串一样，也属于数据类型的一种。它有自己的字面表示形式（literal representation），能够存储在变量中，也能当作参数传递。一种数据类型应该有的功能，它都有。

(3) 递归。Lisp 是第一种支持递归函数的高级语言。

(4) 变量的动态类型。在 Lisp 语言中，所有变量实际上都是指针，所指向的值有类型之分，而变量本身没有。复制变量就相当于复制指针，而不是复制它们指向的数据。

(5) 垃圾回收机制。

(6) 程序由表达式组成。Lisp 程序是一些表达式树的集合，每个表达式都返回一个值。这与 Fortran 和大多数后来的语言都截然不同，它们的程序由表达式和语句组成。

区分表达式和语句在 Fortran I 中是很自然的，因为它不支持语句嵌套。所以，如果你需要用数学式子计算一个值，那就只有用表达式返回这个值，没有其他语法结构可用，否则就无法处理这个值。

后来，新的编程语言支持块结构，这种限制当然也就不存在了。但是为时已晚，表达式和语句的区分已经根深蒂固。它从 Fortran 扩散到 Algol 语言，接着又扩散到它们两者的后继语言。

(7) 符号类型。符号实际上是一种指针，指向存储在散列表中的字符串。所以，比较两个符号是否相等，只要看它们的指针是否一样就行了，不用逐个字符地比较。

(8) 代码使用符号和常量组成的树形表示法。

(9) 无论什么时候，整个语言都是可用的。Lisp 并不真正区分读取期、编译期和运行期。你可以在读取期编译或运行代码，也可以在编译期读取或运行代码，还可以在运行期读取或者编译代码。

在读取期运行代码，使得用户可以重新调整（reprogram）Lisp 的语法；在编译期运行代码，则是 Lisp 宏的工作基础；在运行期编译代码，使得 Lisp 可以在 Emacs 这样的程序中充当扩展语言（extension language）；在运行期读取代码，使得程序之间可以用S表达式（S-expression）通信，近来 XML 格式的出现使得这个概念被重新“发明”出来了。

Lisp 语言刚出现的时候，这些思想与其他编程语言大相径庭，后者的设计思想主要由50年代后期的硬件决定。随着时间流逝，流行的编程语言不断更新换代，语言设计思想逐渐向 Lisp 靠拢。思想(1)到思想(5)已经被广泛接受，思想(6)开始在主流编程语言中出现，思想(7)在 Python 语言中有所实现，不过似乎没有专用的语法。

思想(8)可能是最有意思的一点。它与思想(9)只是由于偶然原因才成为 Lisp 语言的一部分，因为它们不属于麦卡锡的原始构想，是由拉塞尔自行添加的。它们从此使得 Lisp 语言看上去很古怪，但也成为了这种语言最独一无二的特点。说 Lisp 语言古怪倒不是因为它的语法很古怪，而是因为它根本没有语法，程序直接以解析树（parse tree）的形式表达出来。在其他语言中，这种形式只是经过解析在后台产生，但是 Lisp 直接采用它作为表达形式。它由列表构成，而列表则是 Lisp 的基本数据结构。

用一门语言自己的数据结构来表达该语言是非常强大的功能。思想(8)和思想(9)，意味着你可以写出一种能够自己编程的程序。这可能听起来很怪异，但是对于 Lisp 语言却是再普通不过。最常用的做法就是使用宏。

术语“宏”在 Lisp 语言中的意思与其他语言中的不一样。Lisp 宏无所不包，它既可能是某样表达式的缩略形式，也可能是一种新语言的编译器。无论是想真正理解 Lisp 语言，还是只想拓宽编程视野，最好都学学宏。就我所知，宏（采用 Lisp 语言的定义）目前仍然是 Lisp 独有的。一个原因是为了使用宏，你大概不得不让你的语言看上去像 Lisp 一样古怪。另一个可能的原因是，如果你想为自己的语言添上这种终极武器，你从此就不能声称自己发明了新语言，只能说发明了一种 Lisp 的新方言。

我把这件事当作笑话说出来，但是事实就是如此。如果你创造了一种新语言，其中有 car、cdr、cons、quote、cond、atom、eq 这样的功能，还有一种把函数写成列表的表示方法，那么在它们的基础上完全可以推导出 Lisp 语言的所有其他部分。事实上，Lisp 语言就是这样定义的，麦卡锡把语言设计成这个样子就是为了让这种推导成为可能。