一起来学习 Lisp 编程语言

Question

许多大型代码库中都有 Lisp 代码的身影，因此，熟悉一下这门语言是一个明智之举。

早在 1958 年，Lisp 就被发明出来了，它是世界上第二古老的计算机编程语言（LCTT 译注：最古老的编程语言是 Fortran，诞生于 1957 年）。它有许多现代的衍生品，包括 Common Lisp、Emacs Lisp（Elisp）、Clojure、Racket、Scheme、Fennel 和 GNU Guile 等。

那些喜欢思考编程语言的设计的人，往往都喜欢 Lisp，因为它的语法和数据有着相同的结构：Lisp 代码实际上是一个列表的列表a list of lists，它的名字其实是 “列表处理LISt Processing” 的简写。而那些喜欢思考编程语言的美学的人，往往都讨厌 Lisp，因为它经常使用括号来定义范围；事实上，编程界也有一个广为流传的笑话：Lisp 代表的其实是 “大量烦人的多余括号”Lots of Irritating Superfluous Parentheses。

不管你是喜欢还是讨厌 Lisp 的设计哲学，你都不得不承认，它都是一门有趣的语言，过去如此，现在亦然（这得归功于现代方言 Clojure 和 Guile）。你可能会惊讶于在任何特定行业的大代码库中潜伏着多少 Lisp 代码，因此，现在开始学习 Lisp，至少熟悉一下它，不失为一个好主意。

安装 Lisp

Lisp 有很多不同的实现。比较流行的开源版本有 SBCL 、 GNU Lisp 和 GNU Common Lisp （GCL）。你可以使用发行版的包管理器安装它们中的任意一个，在本文中，我是用的是 clisp （LCTT 译注：也就是 GNU Lisp，一种 ANSI Common Lisp 的实现）。

以下是在不同的 Linux 发行版中安装 clisp 的步骤。

在 Fedora Linux 上，使用 dnf ：

$ sudo dnf install clisp

在 Debian 上，使用 apt ：

$ sudo apt install clisp

在 macOS 上，使用 MacPorts 或者 Homebrew ：

# 使用 MacPorts
$ sudo port install clisp

# 使用 Homebrew
$ brew install clisp

在 Windows 上，你可以使用 clisp on Cygwin 或者从 gnu.org/software/gcl 上下载 GCL 的二进制文件。

虽然我使用 clisp 命令来运行 Lisp 代码，但是本文中涉及到的大多数语法规则，对任何 Lisp 实现都是适用的。如果你选择使用一个不同的 Lisp 实现，除了用来运行 Lisp 代码的命令会和我不一样外（比如，你可能要用 gcl 或 sbcl 而不是 clisp ），其它的所有东西都是相同的。

列表处理

Lisp 源代码的基本单元是 “表达式expression”，它在形式上是一个列表。举个例子，下面就是一个列表，它由一个操作符（ + ）和两个整数（ 1 和 2 ）组成：

(+ 1 2)

同时，它也是一个 Lisp 表达式，内容是一个符号（ + ，会被解析成一个加法函数）和它的两个参数（ 1 和 2 ）。你可以在 Common Lisp 的交互式环境（即 REPL）中运行该表达式和其它表达式。如果你熟悉 Python 的 IDLE，那么你应该会对 Lisp 的 REPL 感到亲切。（LCTT 译注：REPL 的全称是 “Read-Eval-Print Loop”，意思是 “‘读取-求值-输出’循环”，这个名字很好地描述了它的工作过程。）

要进入到 REPL 中，只需运行 Common Lisp 即可：

$ clisp
[1]>

在 REPL 提示符中，尝试输入一些表达式：

[1]> (+ 1 2)
3
[2]> (- 1 2)
-1
[3]> (- 2 1)
1
[4]> (+ 2 3 4)
9

函数

在了解了 Lisp 表达式的基本结构后，你可以使用函数来做更多有用的事。譬如， print 函数可以接受任意数量的参数，然后把它们都显示在你的终端上， pprint 函数还可以实现格式化打印。还有更多不同的打印函数，不过， pprint 在 REPL 中的效果就挺好的：

[1]> (pprint "hello world")

"hello world"

[2]>

你可以使用 defun 函数来创建一个自定义函数。 defun 函数需要你提供自定义函数的名称，以及它接受的参数列表：

[1]> (defun myprinter (s) (pprint s))
MYPRINTER
[2]> (myprinter "hello world")

"hello world"

[3]>

变量

你可以使用 setf 函数来在 Lisp 中创建变量：

[1]> (setf foo "hello world")
"hello world"
[2]> (pprint foo)

"hello world"

[3]>

你可以在表达式里嵌套表达式（就像使用某种管道一样）。举个例子，你可以先使用 string-upcase 函数，把某个字符串的所有字符转换成大写，然后再使用 pprint 函数，将它的内容格式化打印到终端上：

[3]> (pprint (string-upcase foo))

"HELLO WORLD"

[4]>

Lisp 是动态类型语言，这意味着，你在给变量赋值时不需要声明它的类型。Lisp 默认会把整数当作整数来处理：

[1]> (setf foo 2)
[2]> (setf bar 3)
[3]> (+ foo bar)
5

如果你想让整数被当作字符串来处理，你可以给它加上引号：

[4]> (setf foo "2")
"2"
[5]> (setf bar "3")
"3"
[6]> (+ foo bar)

*** - +: "2" is not a number
The following restarts are available:
USE-VALUE      :R1      Input a value to be used instead.
ABORT          :R2      Abort main loop
Break 1 [7]>

在这个示例 REPL 会话中，变量 foo 和 bar 都被赋值为加了引号的数字，因此，Lisp 会把它们当作字符串来处理。数学运算符不能够用在字符串上，因此 REPL 进入了调试器模式。想要跳出这个调试器，你需要按下 Ctrl+D 才行（LCTT 译注：就 clisp 而言，使用 quit 关键字也可以退出）。

你可以使用 typep 函数对一些对象进行类型检查，它可以测试对象是否为某个特定数据类型。返回值 T 和 NIL 分别代表 True 和 False 。

[4]> (typep foo 'string)
NIL
[5]> (typep foo 'integer)
T

string 和 integer 前面加上了一个单引号（ ' ），这是为了防止 Lisp（错误地）把这两个单词当作是变量来求值：

[6]> (typep foo string)
*** - SYSTEM::READ-EVAL-PRINT: variable STRING has no value
[...]

这是一种保护某些术语（LCTT 译注：类似于字符串转义）的简便方法，正常情况下它是用 quote 函数来实现的：

[7]> (typep foo (quote string))
NIL
[5]> (typep foo (quote integer))
T

列表

不出人意料，你当然也可以在 Lisp 中创建列表：

[1]> (setf foo (list "hello" "world"))
("hello" "world")

你可以使用 nth 函数来索引列表：

[2]> (nth 0 foo)
"hello"
[3]> (pprint (string-capitalize (nth 1 foo)))

"World"

退出 REPL

要结束一个 REPL 会话，你需要按下键盘上的 Ctrl+D ，或者是使用 Lisp 的 quit 关键字：

[99]> (quit)
$

编写脚本

Lisp 可以被编译，也可以作为解释型的脚本语言来使用。在你刚开始学习的时候，后者很可能是最容易的方式，特别是当你已经熟悉 Python 或 Shell 脚本 时。

下面是一个用 Common Lisp 编写的简单的“掷骰子”脚本：

#!/usr/bin/clisp

(defun roller (num)  
  (pprint (random (parse-integer (nth 0 num))))
)

(setf userput *args*)
(setf *random-state* (make-random-state t))
(roller userput)

脚本的第一行注释（LCTT 译注：称之为“释伴shebang”）告诉了你的 POSIX 终端，该使用什么可执行文件来运行这个脚本。

roller 函数使用 defun 函数创建，它在内部使用 random 函数来打印一个伪随机数，这个伪随机数严格小于 num 列表中下标为 0 的元素。在脚本中，这个 num 列表还没有被创建，不过没关系，因为只有当脚本被调用时，函数才会执行。

接下来的那一行，我们把运行脚本时提供的任意参数，都赋值给一个叫做 userput 的变量。这个 userput 变量是一个列表，当它被传递给 roller 函数后，它就会变成参数 num 。

脚本的倒数第二行产生了一个“随机种子”。这为 Lisp 提供了足够的随机性来生成一个几乎随机的数字。

最后一行调用了自定义的 roller 函数，并将 userput 列表作为唯一的参数传递给它。

将这个文件保存为 dice.lisp ，并赋予它可执行权限：

$ chmod +x dice.lisp

最后，运行它，并给它提供一个数字，以作为它选择随机数的最大值：

$ ./dice.lisp 21

13
$ ./dice.lisp 21

7
$ ./dice.lisp 21

20

看起来还不错！

你或许注意到，你的模拟骰子有可能会是 0，并且永远达不到你提供给它的最大值参数。换句话说，对于一个 20 面的骰子，这个脚本永远投不出 20（除非你把 0 当作 20）。有一个简单的解决办法，它只需要用到在本文中介绍的知识，你能够想到吗？

学习 Lisp

无论你是想将 Lisp 作为个人脚本的实用语言，还是为了助力你的职业生涯，抑或是仅仅作为一个有趣的实验，你都可以去看看一年一度（LCTT 译注：应该是两年一度）的 Lisp 游戏果酱Game Jam ，从而收获一些特别有创意的用途（其中的大多数提交都是开源的，因此你可以查看代码以从中学习）。

Lisp 是一门有趣而独特的语言，它有着不断增长的开发者用户群、足够悠久的历史和新兴的方言，因此，它有能力让从事各个行业的程序员都满意。