| Pojawienie się | |||
|---|---|---|---|
| Paradygmat | |||
| Typowanie | dynamiczne (statyczne na życzenie) | ||
| Implementacje | CLISP, AllegroCL, CMUCL, GCL, LispWorks, MCL, SBCL | ||
| Pochodne | CLtL1, CLtL2, ANSI Common Lisp | ||
| Twórca | komitet ANSI X3J13 | ||
| Platforma sprzętowa | |||
| Platforma systemowa | |||
| |||
| |||
| Strona internetowa | |||
Common Lisp (często skracane doCL) – dialektjęzyka programowaniaLisp, stworzony przezANSI (X3.226-1994) jako specyfikacja, nieimplementacja. Istnieje kilka implementacji, zarówno zamkniętych, jak i dostępnych jakoFOSS.Common Lisp jestwieloparadygmatowym językiem programowania ogólnego przeznaczenia, skupiającym się naprogramowaniu funkcyjnym, pozwalając jednak stosowaćobiektowość, co daje programiście dużą swobodę.
Common Lisp jest dialektem Lispu. UżywaS-wyrażeń do opisywania kodu i struktur danych. Funkcje i wywołania makr zapisuje się w postaci list z nazwą funkcji (lub makra) jako pierwszym elementem.
(+22); sumuje 2 i 2, zwraca 4(setfp3.1415); ustawia wartość zmiennej p na 3.1415, zwraca 3.1415#+(or)3742; komentowanie wyrażeń; wynik to 42; tworzy funkcję podnoszącą liczbę do kwadratu(defunkwadrat(x)(*xx)); wywołuje powyższą funkcję(kwadrat3); zwraca 9; specjalna forma let tworzy nowe zmienne lokalne, których zasięg ogranicza się do końca bloku.(let((a6)(b4))(+ab)); zwraca 10
Do typów liczbowych należą liczbycałkowite,zmiennoprzecinkowe izespolone orazułamki zwykłe. Common Lisp korzysta zdużych liczb do reprezentowania wartości liczbowych o dowolnym rozmiarze i precyzji. Typ ułamkowy nie jest dostępny w większości innych języków. Przy zwracaniu liczby CL automatycznie nadaje jej właściwy typ.
Znaki w CL nie muszą się koniecznie zawierać w standardzieASCII. Wynika to z faktu, że Lisp został stworzony przed standardem. Niektóre implementacje[1] dopuszczają znaki ze standarduUnicode.
Typ symboliczny jest wspólny dla Lispów, ale raczej nieznany poza nimi. Symbol to unikatowy, nazwany obiekt z kilkoma slotami na dane.Symbole w Lispie są często używane podobnie do nazw w innych językach (przechowywanie wartości zmiennej, nazywanie funkcji), jednakże istnieje wiele innych sposobów użycia. W CL w zależności od miejsca użycia symbol zwraca powiązaną z nim funkcję lub wartość. Część symboli przy użyciu zwraca same siebie, na przykładT,NIL czy wszystkie symbole z pakietuKEYWORDS.
Wartości logiczne w Common Lispie reprezentowane są przez symboleT orazNIL, każda wartość, która nie jestNIL, jest automatycznie uznawana za prawdę.
Do typów sekwencyjnych w CL zaliczają się listy i wektory. Wiele funkcji może pracować na różnych typach sekwencyjnych, na przykładmap.
Listy w CL są tworzone za pomocą funkcjicons, czasami skracane do tej nazwy są także komórki cons (ang. cons cell, czasami też używa się nazwypara, ang.pair). Cons jest strukturą danych z dwoma slotami zwanymicar icdr. Lista to łańcuch połączonych komórek cons. W liście slot car komórki cons zawiera element listy (na przykład liczbę, znak czy inną listę), a slot cdr wskazuje na następny element listy, lub na symbol NIL, gdy dany dana komórka jest ostatnia w liście. Listy mogą być wykorzystywane do implementacji drzew, grafów i innych struktur danych.
Common Lisp obsługuje wielowymiarowe tablice (array) i potrafi w razie potrzeby dynamicznie zmieniać ich rozmiar. Wielowymiarowe tablice mogą być używane na przykład do implementacji macierzy. Wektor (vector) to jednowymiarowa tablica. W tablicy można przechowywać wszystkietypy danych (nawet różne typy w jednej tablicy) lub można mieć tablice specjalizowane do przechowywania określonego typu, na przykład wektor liczb zmiennoprzecinkowych. W standardzie określone są dwie wyspecjalizowane tablice –string to wektor znaków, awektor bitowy (bit-vector) to wektor zawierającybity.
Hashe przechowują zależności między kluczami a wartościami tak, by wydajne było pobranie wartości na podstawie klucza.
Przestrzenie nazw (package, znane w niektórych językach jakonamespace) są realizowane jedynie dla symboli; parsing niekwalifikowanych ciągów znaków na symbole w przestrzeni nazw odbywa się zwykle podczas kompilacji, ale jeszcze przed semantyczną analizą grafu wyrażeń symbolicznych. Przestrzeń nazw może eksportować symbole, oznaczając je jako zewnętrzny interfejs, jednak ścisła enkapsulacja nie jest w żaden sposób zapewniona. Zawsze możliwe jest odwoływanie się do prywatnych symboli, jak i redefinicja cudzych klas, zmiennych czy we wzorcowych implementacjach samego kompilatora. Jest to filozofia tworzenia oprogramowania wewnątrzmaszyny wirtualnej obecna również wSmalltalku, wedle której używane biblioteki, aplikacja, kompilator tworzą organiczną całość.
Struktury, podobnie do strukturC ipascalowych rekordów, reprezentują złożone struktury danych z dowolną liczbą i typem pól (zwanychslotami). Struktury różnią się odzwykłych obiektów z metaklasąstandard-class złożonością obliczeniową dostępu do slotu. Przy optymalnej implementacji pobranie wartości zapisanej w strukturze będzie zawszeO(1), niezależnie od ilości slotów, jednak za cenę niemożności redefinicji struktur, tudzież konieczności ponownej kompilacji kodu po redefinicji struktury.
Klasy wCommon Lisp Object System posiadają możliwość modyfikacji zachowania obiektów poprzez metaklasy i użycie „protokołu metaobiektowego”, pozwalając na zachowania nie planowane przez twórców, jak np. obiekty automatycznie dodające i uzupełniające się w bazie danych SQL[2] czy korzystające z modelu propagacji więzów[3][4] przypominającego w działaniuarkusz kalkulacyjny.
Protokół metaobiektowy (MOP)[5] nie został zawarty w standardzie ANSI, jednak książka[6] opisująca jego działanie i przykładową implementację stała się de-facto standardem wśród implementacji Lispu.
W przeciwieństwie do języków takich jakSmalltalk czyC++,metody nie należą do przestrzeni nazw klas; należą one dogeneric function znajdującej się w przestrzeni nazw pakietu (lub modułu,namespace). Możliwa jest specjalizacja typu nie tylko pierwszego argumentu (self,this) ale każdego z wymaganych argumentów. Określanie pasującej metody jest względnie wydajne dzięki sprytnejmemoizacji opisanej w AMOP.
W CL funkcje są traktowane jako typ danych. Umożliwia to na przykład pisanie funkcji, które pobierają inne funkcje jako argument albo zwracających inne funkcje. Standardowa biblioteka CL szeroko wykorzystuje tę możliwość, na przykład funkcjasort pobiera funkcję porównującą jako argument. Pozwala to na sortowanie nie tylko każdego typu danych, ale także umożliwia sortowanie złożonych struktur danych zależnie od klucza.
(sort(list526314)#'>); Sortuje listę używając > jako operatora porównującego.; Zwraca (6 5 4 3 2 1).(sort(list'(9a)'(3b)'(4c))(lambda(xy)(<(carx)(cary)))); Sortuje listę zależnie od pierwszego elementu podlisty.; Zwraca ((3 b) (4 c) (9 a)).; Lub: (sort (copy-seq '((9 a) (3 b) (4 c))) #'< :key #'car); korzystając z ''keyword parameters'.
Model wartościowania dla funkcji jest bardzo prosty. Gdy parser napotyka na formę(F A1 A2 A3 ...), zakłada, że symbol F jest albo:
Jeżeli F jest nazwą funkcji, argumenty A1, A2, A3 itd. są wartościowane w porządku od lewej do prawej oraz, o ile funkcja istnieje, jest wywoływana z wartościami zwróconymi przez argumenty. Jeśli zaś F desygnuje makro, zostanie ono rozszerzone rekursywnie, aż zostaną jedynie specjalne formy i wywołania funkcji.
Makrodefun służy do definiowania funkcji. Definicja zawiera nazwę funkcji, nazwy jej argumentów oraz wyrażenia stanowiące zawartość funkcji (ang.body).
(defunsquare(x)(*xx))
Definicja funkcji może zawierać deklaracje, które dostarczają kompilatorowi informacji o ustawieniach optymalizacji lub typach danych argumentów. Może także zawierać dane do dokumentacji, z których Lisp może generować interaktywną dokumentację:
(defunsquare(x)(declare(integerx)(optimize(speed3)(debug0)(safety1)))"Oblicza kwadrat liczby podanej w argumencie x"(*xx))
Anonimowe funkcje są definiowane przy użyciulambda-wyrażeń. Styl programowania w Lispie często wykorzystuje anonimowe funkcje jako argumenty do innych funkcji.
Jest wiele operatorów związanych z definiowaniem i manipulowaniem funkcjami. Na przykład funkcja może zostać skompilowana za pomocą funkcjicompile. Część implementacji CL uruchamia funkcje w interpreterze, jeżeli nie wydano instrukcji kompilacji, inne domyślnie kompilują w locie.
Przestrzeń nazw funkcji jest oddzielona od przestrzeni zmiennych, co jest główną różnicą między CL aScheme. Do operatorów definiujących nazwy w przestrzeni funkcji należą m.in.defun,flet ilabels.
Aby poprzez nazwę przekazać funkcję jako argument do innej funkcji, należy użyć specjalnego operatorafunction, zwykle skracanego do #'. Pierwszy przykład użycia funkcjisort (powyżej) odwołuje się do funkcji poprzez symbol> za pomocą#'>.
Model wartościowania Scheme jest prostszy – jest tylko jedna przestrzeń nazw i wszystkie elementy formy są wartościowane w dowolnej kolejności – nie tylko argumenty. Przez to kod napisany w jednym dialekcie może być mylący dla programisty bardziej doświadczonego w innym. Na przykład wielu programistów CL używa nazw opisujących zmienną (np.list czystring), co może powodować problemy poprzez lokalne przysłanianie nazw funkcji. By wywołać funkcję znajdującą się w przestrzeni wartości, konieczne jest użycie funkcjifuncall czyapply - złożone formy[a] jako pierwszy element ewaluowanej listy są bezwarunkowo niedozwolone. Pociągnęło to za sobą również pozornie nie związane odmienności w kulturach Scheme i Common Lispu - przykładowo, w CL-u klasy znajdują się w osobnej „przestrzeni nazw” z interfejsemfind-class, zaś w Scheme dodawane do globalnego środowiska jak np. w systemie obiektowym Meroon.
Pytanie, czy oddzielna przestrzeń nazw dla funkcji jest zaletą, czy nie, jest źródłem sporów w społeczności Lispu. Jest to zwykle nazywanedebatą Lisp-1 vs. Lisp-2. Nazwy te zostały wymyślone w artykule z1988 r. przez Richarda Gabriela i Kenta Pitmana[b], którzy porównują w nim obydwa podejścia[7].
Do pozostałych typów w CL zaliczają się:
Makra w użyciu przypominają funkcje. W odróżnieniu od funkcji, gdzie przekazane wyrażenia zostają obliczane, a tylko wyniki tych wyrażeń przekazane do funkcji, do makr przekazywane są wyrażenia w całości. Makra reprezentują transformacjękodu źródłowego, ponieważ zwracają one nowy kod w postaci listy s-wyrażeń, które dopiero potem zostają wywołane. W skrócie można powiedzieć, że makra dostają kod w postaci danych (s-wyrażeń) i zwracają inny kod, który następnie zostaje obliczony.
Makra pozwalają programistom tworzyć nowe składniowe formy języka. Na przykład, makro działające jakuntil zPerla można napisać tak:
(defmacrountil(test&bodybody)`(do()(,test),@body));; przyklad(until(=(random10)0)(write-line"Hello"))
Wszystkie makra muszą być rozwinięte, aby kod źródłowy zawierający je mógł być normalnie ewaluowany lub kompilowany. Makra można uznać za funkcje, które przyjmują i zwracają drzewa składniowe (lispowe S-wyrażenia). Są wywoływane przed ewaluatorem lub kompilatorem, by wyprodukować finalny kod źródłowy. Makra są pisane w pełni funkcjonalnym Common Lispie i mogą używać dostępnych w nim funkcji. Użyty powyżej zapis z backqoute (`) w CL upraszcza zwykły przypadek podstawiania w szablonie kodu.
Makra Common Lispu umożliwiają wstawianie symboli istniejących w środowisku wywołującym, pozwalając na generację kodu wykorzystującego zmienne istniejące w kontekście; są to tzw. niehigieniczne makra.
Taka praktyka może powodować nieprzewidziane i niezwykłe błędy. Niektóre dialekty Lispu, jak Scheme, unikają ich dzięki używaniu tzw. higienicznych makr. W Common Lispie można zwykle uniknąć niechcianego przechwycenia, używając unikatowych symboli (generowanych przez funkcjęgensym) – ich użycie nigdy nie spowoduje kolizji z istniejącym symbolem.
Przydatne może się okazać klasyczne makrowith-gensyms
(defmacrowith-gensyms((&restsyms)&bodybody)`(let,(loopforiinsymscollect(listi`(gensym,(symbol-namei)))),@body))
Kolejną sprawą jest nieumyślne przysłanianie istniejącej funkcji/makra w rozwinięciach makr. Na przykład w następującym (niepoprawnym) kodzie:
(macrolet((do(...)...cos-innego...))(until(=(random10)0)(write-line"Hello")))-
Kod makraUNTIL zostanie rozwinięty do formy wywołującejDO, które powinno odwoływać się do wbudowanego makraDO. Jednak w tym kontekście,DO może mieć zupełnie inne znaczenie.
Common Lisp jest najczęściej porównywany zeScheme — ponieważ są one najpopularniejszymi dialektami Lispu. Scheme poprzedza CL, i pochodzi nie tylko z tej samej tradycji Lispu, ale ma też kilku wspólnych twórców –Guya L. Steele’a(inne języki), z którymGerald Jay Sussman(inne języki) zaprojektował Scheme, przewodził komitetowi standaryzacyjnemu Common Lispu.Common Lisp, w przeciwieństwie doEmacsLisp iAutoLISP (które są językami rozszerzeń osadzonymi w określonych produktach), jest językiem programowania ogólnego przeznaczenia. Tak jak Scheme, używa leksykalnego zasięgu zmiennych. Istnieją jednak pewne różnice kulturowe między społecznościami Scheme i CL i wedługKenta Pitmana(inne języki) zachodzą wątpliwości, czy Scheme w ogóle zalicza się do rodziny języków lispowych[8].
Większość z dialektów Lispu, których konstrukcja nawiązuje do Common Lispu – jakZetaLisp iFranz Lisp – używa dynamicznych zasięgów zmiennych w swoich interpreterach, a leksykalnych w kompilatorach. Scheme, zainspirowanyALGOLem 68 (w którym było to przez wielu uważane za dobry pomysł), wprowadził wyłączne użycie leksykalnego zasięgu zmiennych. CL wspiera również dynamiczny zasięg, ale takie zmienne muszą być wyraźnie zadeklarowane jako „specjalne”. Nie ma różnicy pomiędzy zasięgiem w interpreterach i kompilatorów ANSI CL.
Common Lisp jest czasami nazywanyLispem-2, a SchemeLispem-1, odnosząc się do używania przez CL osobnych przestrzeni nazw dla funkcji i zmiennych. (Prawdę mówiąc CL mawiele przestrzeni nazw, listy własności (ang.property lists), makra zwykłe i kompilatora, wartość dynamiczna i funkcyjna) Pomiędzy zwolennikami CL i Scheme istnieje długotrwały spór na temat wad i zalet używania wielu przestrzeni nazw. W Scheme (najczęściej) trzeba unikać nadawania zmiennym nazw kolidujących z nazwami funkcji; funkcje napisane w Scheme mają często argumenty o nazwachlis,lst czylyst, by nie konfliktowały z wbudowaną funkcjąlist. W CL podczas przekazywania argumentu do funkcji trzeba się odwołać do jej przestrzeni nazw – co jest również często spotykane, jak w przykładziesort powyżej.
CL różni się od Scheme również pod względem obsługi zmiennych boolowskich. Scheme używa specjalnych wartości #t i #f, by reprezentować prawdę i fałsz. CL, zgodnie z konwencją starszych Lispów, używa symboli T i NIL, gdzie NIL oznacza również pustą listę. W CLjakakolwiek wartość inna niż NIL jest traktowana jako prawda przez wyrażenia warunkowe takie jakif tak jak wartości inne niż #f w Scheme. To pozwala niektórym operatorom działać jako predykaty i zwracać użyteczną wartość dla dalszych obliczeń.
Na koniec, dokumenty standaryzacyjne Scheme wymagająoptymalizacji rekursji ogonowej, podczas gdy standard CL nie. Większość implementacji CL oferuje optymalizację rekursji ogonowej, lecz zwykle tylko wtedy, gdy programista użyje dyrektywy optymalizacyjnej. Mimo wszystko styl programowania CL nie faworyzuje powszechnego stosowania rekursji, jaki preferuje styl Scheme – to, co programista Scheme wyraziłby za pomocą rekursji ogonowej, programista CL wyraziłby raczej za pomocą wyrażenia iteracyjnego wdo,dolist,loop czy (ostatnio) za pomocą pakietuiterate.
Common Lisp jest zdefiniowany przez specyfikację (jakAda iC), a nie przez jedną implementację (jakPerl). Jest wiele implementacji i standard wyraża obszary, gdzie mogą się one różnić.
W dodatku, implementacje zwykle posiadają pakiety biblioteczne, które zapewniają funkcjonalność niezawartą w standardzie. Zostało stworzonych wiele bibliotekWolnego Oprogramowania, by wspierać te właściwości w przenośny sposób, w szczególnościCommon-Lisp.net i projektCommon Lisp Open Code Collection. Istnieje również wikicliki pomagające programistom w wymianie bibliotek i informacji o implementacjach.
Gdy ANSI CL był definiowany w 1984, nie istniał powszechny teraz zwyczaj definiowania w ramach standardu obsługi formatów plików, protokołów sieciowych etc. Dlatego w ANSI CL nie jest zdefiniowana nawet obsługa gniazd sieciowych. Mimo to istnieją de facto standardy uznawane przez społeczność, takie jakMcCLIM jako interfejs graficzny czyusocket jako interfejs do gniazd sieciowych. Istnieje również klasa bibliotek stanowiących niewiele więcej niż interfejs zapewniający kompatybilność między implementacjamicliki.net.
Common Lisp został zaprojektowany do implementacji za pomocąkompilatorów przyrostowych. Standardowe deklaracje optymalizujące kompilację (jak funkcje inline) zostały przedstawione w specyfikacji języka. Większość implementacji CL kompiluje funkcje dokodu maszynowego. Inne kompilują dokodu bajtowego, który zwiększa przenośność kodu binarnego kosztem prędkości. Błędne mniemanie o tym, że Lisp jest językiem wyłącznie interpretowanym, zostało spowodowane najprawdopodobniej przez fakt, że środowiska Common Lispu zapewniają interaktywny wiersz poleceń i kompilowanie funkcji jedna po drugiej, w sposób inkrementalny.
Niektóreuniksowe implementacje, jakCLISP, mogą być używane jako[4] interpretery skryptów uniksowych; tj. wywoływane przez system w przezroczysty sposób, jak interpreterPerla czypowłoki uniksowej.
Wolne implementacje CL to między innymi:
Komercyjne implementacje to między innymi:
| 1GL | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2GL/ Język drugiej generacji/ Asembler | |||||||||||||||
| 3GL / Język trzeciej generacji |
| ||||||||||||||
| 4GL/ Język czwartej generacji/ Język dziedzinowy |
| ||||||||||||||
| 5GL/Logiczne | |||||||||||||||
| Ezoteryczne | |||||||||||||||
| Inne |
