Clojure与Lisp

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Clojure与Lisp

程序员诗人 2016-06-28 23:53:00 浏览970
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Clojure与Lisp

"Lisp 不是一门语言,它是一种构建素材。" (艾伦·凯)

"任何C或Fortran程序复杂到一定程度之后,都会包含一个临时开发的、只有一半功能的、不完全符合规格的、到处都是bug的、运行速度很慢的Common Lisp实现。"(格林斯潘第十定律(Greenspun's Tenth Rule))

Clojure是一门Lisp方言(Lisp dialect).

Lisp 是一种编程语言,以表达性和功能强大著称,但人们通常认为它不太适合应用于一般情况。Clojure 是一种运行在 Java™ 平台上的 Lisp 方言,它的出现彻底改变了这一现状。如今,在任何具备 Java 虚拟机的地方,都可以利用 Lisp 的强大功能。

Clojure 是完全的,真正意义上的神圣的lisp语言的一个方言.

lisp语言因为其无以伦比强大能力和几乎无穷的表达力而获得了盛誉,Clojure自然也不例外. 它的功能和元编程的能力是建立在这样的基础之上的:异常驯服的C语言的"石头" 或 具有 延展性的java语言的"木头" . 你可以用几百行甚至几十行Clojure代码取替代几千行静态语言 的代码,伴随着这而来的是bug数量的减少和开发时间的缩短.

样板代码(Boilerplate code )被完全删去. 域指定语言(Domain Specific Languages ) 不仅 简单,而且更一般化--lisp程序往往是按照 "自下而上" 的开发方式写成的. 展开式(演进式)的 结构和语法更适合特定的问题领域. 你在程序运行的时候取修改程序,而不需要重新编译或重启 程序.

但是,历史上也有对lisp进行诋毁的人,或许称为抱怨更为合适. lisp发展过程中,没有完整的规范, 各种不兼容的实现,陈旧落伍的限制.cruft accumulate 在其存在的四五十年里一直存在. 对于 大多数人来说,它的语法过于诡异了.

Clojure 修正上面的大多数这些问题. 它保留了 lisp 的思想和哲学,并同时清除了过去的很多限制. Clojure 高速、干净、具有优先能力和优雅的特征. 但是没有改变lisp中 "代码也是数据" 的哲学. Clojure 语言在直觉和观感上比历史上的lisp更易于阅读. 在后面开始学习的初级阶段,你就发现虽然 仍有各种括号,但是代码是难以置信的容易读和写.

对于那些熟悉lisp语言的人来说,他们很快就会发现他们非常适应Clojure.

Lisp简史

1958年,John McCarthy设计了Lisp语言

20世纪50年代中期,在大多数计算机处理的都是数值数据等,包括语言学、心理学和数学领域上一些人们开始对人工智能产生了兴趣。觉得必须实现共同需要的一个方法,使计算机能够处理链表中的符号数据,允许语言的处理、信息存入和检索、定理证明的过程机器化。IBM是首先对人工智能开发有兴趣的商业机构之一。

1958年夏天,来自麻省理工学院的人工智能研究先驱约翰·麦卡锡(John McCarthy)参与IBM资讯研究部的工作,研究符号运算及应用需求。可是,IBM旗下的Fortran表处理语言却未能支援符号运算的递归、条件表达式、动态存储分配及隐式回收等功能。约翰·麦卡锡于1958年秋季回到麻省理工学院后,和Marvin Minsky组成了人工智能项目。开展一个表处理软件系统来实现McCarthy提出建议采纳者程序的工作,尔后推动了表处理语言LISP的诞生。

1960年4月,麦卡锡在ACM杂志发表了一片文章《递回函数的符号表达式以及由机器运算的方式,第一部》.

自1960代末年至1980年初年,各种更新LISP版本涌现,有源自加利福尼亚大学伯克利分校的Franz Lisp、在AutoCAD运行的AutoLISP前身XLISP、犹他大学开展的Standard Lisp及Portable Standard Lisp、专属于Lisp机器上运行的ZetaLisp、源自法国国家信息与自动化研究所的LeLisp、以及MIT人工智能实验室的Gerald Sussman与Guy Steele所开发的Scheme等。
  
1984年,改良自MacLisp、集各版本大成、跨平台、且被目为事实标准的Common Lisp诞生。至1994年,美国国家标准学会(ANSI)对Common Lisp语言进行了标准化。

自稳定运行的Common Lisp出现起,再有各机构按各自所需而开展后续Lisp,包括1990年来自欧洲用户的EuLisp、运行于Java虚拟机的Clojure、受到Maclisp影响而创的Emacs Lisp、以及自由开源来自卡内基·梅隆大学的CMUCL、还有IsLisp,Racket,ACL2等蓬勃涌现。

自2000年起,LISP共享者合力支援的自由开源社区逐渐形成,致力于LISP后续发展。

当前最新潮的编程语言,只是实现了他在1958年的设想而已。

这怎么可能呢?计算机技术的发展,不是日新月异吗?1958年的技术,怎么可能超过今天的水平呢?

这是因为John McCarthy本来没打算把Lisp设计成编程语言,至少不是我们现在意义上的编程语言。他的原意只是想做一种理论演算,用更简洁的方式定义图灵机。

所以,为什么上个世纪50年代的编程语言,到现在还没有过时?简单说,因为这种语言本质上不是一种技术,而是数学。数学是不会过时的。

Lisp语言就好比是快速排序(Quicksort)算法,这种算法是1960年提出的,至今仍然是最快的通用排序方法。

Lisp的思想

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种思想依次是:

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),能够储存在变量中,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(expression)组成

Lisp程序是一些表达式区块的集合,每个表达式都返回一个值。

7 符号(symbol)类型

符号实际上是一种指针,指向储存在哈希表中的字符串。

8 代码使用符号和常量组成的树形表示法(notation)

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的宏

Lisp语言刚出现的时候,它的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John McCarthy的原始构想,是由他的学生Steve Russell自行添加的。它们从此使得Lisp看上去很古怪,但也成为了这种语言最独一无二的特点。

Lisp古怪的形式,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,这被证明是非常强大的功能。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,与其他语言中的意思不一样。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。如果你想真正地理解Lisp语言,或者想拓宽你的编程视野,那么你必须学习宏。

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,你完全可以推导出Lisp语言的所有其他部分。事实上,Lisp语言就是这样定义的,John McCarthy把语言设计成这个样子,就是为了让这种推导成为可能。

Clojure简介

运行于Java虚拟机的List方言Clojure.

Lisp是一种以表达性和功能强大著称的编程语言,但人们通常认为它不太适合应用于一般情况,而Clojure的出现彻底改变了这一现状。如今,在任何具备 Java 虚拟机的地方,都可以使用 Lisp 的强大功能。

Clojure 是一种函数式编程语言

它囊括了函数式编程的所有精华:

避免了不稳定状态、递归、更高阶的函数等。

Clojure 还是一个动态类型的语言

我们可以选择添加类型信息来提高代码中的关键路径的性能。

Clojure 不仅可在 JVM 上运行,而且可以与Java无缝融合(JVM平台的语言家族原则上都支持)的互操作性。最后,Clojure 在设计上也考虑了并发性,并具有并发编程的一些独特特性。

Clojure的设计原则

(1)简单: 鼓励纯函数,极简的语法(少数special form),个人也认为clojure不能算是多范式的语言(有部分OO特性),为了支持多范式引入的复杂度,我们在C++和Scala身上都看到了。

(2)专注:前缀运算符不需要去考虑优先级,也没有什么菱形继承的问题,动态类型系统(有利有弊),REPL提供的探索式编程方法(告别修改/编译/运行的死循环,所见即所得)。

(3)实用:前面提到,构建在JVM之上,跟Java语言的互操作非常容易。直接调用Java方法,不去发明一套新的调用语法,努力规避Java语言中繁琐的地方(doto,箭头宏等等)。

(4)清晰:纯函数(前面提到),immutable var,immutable数据结构,STM避免锁问题。不可变减少了心智的负担,降低了多线程编程的难度,纯函数也更利于测试和调试。

(5)一致:语法的一致性:例如doseq和for宏类似,都支持destructring,支持相同的guard语句(when,while)。数据结构的一致性:sequence抽象之上的各种高阶函数。

光剑说

Clojure有着独特的吸引力,首先因为它是LISP —— 一门富有传奇色彩的语言,一直希望有机会可以学习一门LISP的方言;

其次Clojure是一门接地气的语言,它运行在JVM这个最成功、应用最广泛平台之上,能够跟Java代码无缝互操作,JVM上所有资源都可以为Clojure所用。

Clojure是这样的有潜力、接地气,那么如果你要选择一门新语言来玩玩,不选它选什么?

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