Emacs之魂（三）：列表，引用和求值策略-白红宇

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上文我们介绍了Emacs的用法，发现一分钟学会使用它并不是难事，

而且，我们没有让快捷键束缚住，因为Emacs的精髓在于Emacs Lisp中。

本文我们开始探讨Emacs Lisp，不过在这之前我们还要先熟悉一下Lisp的特点和Lisp家族的成员，

随后本文重点分析和介绍了列表，引用和求值策略，

这几个概念，尤其是引用，对学习者来说非常容易引起困惑，

本文采用了不同的角度来描述这些概念。

1. 强大的Lisp

1960年，John McCarthy发表了一篇计算机领域的，这是一篇“惊世之作”，

它的作用简直就像欧几里得《》对几何学的贡献一样。

John McCarthy只用了一些简单的的运算符和函数，构建出了一门的编程语言，

称之为，Lisp是列表处理（List Processing）的简称。

这门语言的关键思想是，不论代码还是数据，都用统一的数据结构（列表）进行表示。

Lisp语言具有很强的表达能力，我们可以用更少的代码做更多的事情。

通常而言，语言具有表达能力就必须提供丰富的内置功能和强大的扩展性。

语言的内置功能指的是语言默认提供的功能，它能减少程序员的重复劳动，帮助他们快速完成工作。

语言的扩展性，指的是当语言内置功能不能满足需要的时候，程序员可以怎样做。

同时具有丰富的功能和强大的扩展性是很困难的，这需要在语言的设计阶段就考虑好，

语言的内置功能越多，就会越复杂，扩展功能的与内置功能的一致性就很难被保证。

现代的高级编程语言，离不开编译器和解释器，

编译器将高级语言的代码转换成更底层的语言，例如C语言或者汇编，

解释器提供了一个运行时环境，直接解释执行高级语言的源代码。

一般而言，编译器是由语言的开发商提供的，使用者并不会参与到编译器的开发工作之中，

如果想要在语言中支持一等函数（first-class function），就必须让语言的开发商改写编译器，

如果需要增加新的类似if-else的控制结构，或者让语言支持面向对象编程，也要改写编译器才行。

因此，语言支持什么功能，以及源代码被如何编译，完全取决于开发商。

而Lisp语言则不同，它允许程序员对编译器进行编程，（

Lisp程序员可以决定代码被如何编译甚至如何被读取，像是半个编译器的开发者一样。

2. Lisp-1和Lisp-2

Lisp语言构成了一个家族，具有成百上千种方言，

用的最多的几种是，Common Lisp，Scheme，Racket，和Emacs Lisp。

其中的目标是简洁，提供了强大的工业级支持，

提供了一种创造语言和设计实践的平台，主要用于Emacs中。

Emacs Lisp更像Common Lisp，它们都是，

即同一个符号在不同的上下文中，可以分别用来表示变量和函数，

而Scheme和Racket则只能用来表示同一个实体，称为Lisp-1。

出现Lisp-2，主要是因为有效率方面的考虑，

在Lisp-2中，函数和变量分属不同的名字空间，在不同的环境中，由不同的求值器进行处理。

这样做也使语义更加复杂了，以后的文章中，我们会介绍Emacs Lisp中符号（Symbol）的概念。

3. 列表对象和它的文本表示

列表是Lisp语言中一种常用的数据结构，用来表示一批数据。

例如，由整数1，2和3构成的列表对象，Lisp会将它打印为，(1 2 3)。

各个列表元素用空格分隔，用圆括号括起来。

然而，在Lisp代码中直接写(1 2 3)，并不会创建一个列表对象，

因为Lisp程序也是用括号方式表示的，例如，(+ 1 2)表示对整数1和2进行加法运算。

那么如何才能创建一个列表对象呢？

我们需要调用list函数，(list 1 2 3)，这段代码将会创建一个由整数1，2和3构成的列表对象，

这个列表对象打印为(1 2 3)。

注意，以上我们严谨的区分了Lisp对象和它的打印结果，

是因为对象和它的文本表示（textual representation）是不同的概念。

例如，在C语言中我们写，

int result = 1 + 2;

我们实际上是用“1”表示了整数1，“1”只是一段文本，是印刷符号，而整数1是一个数学对象，

同样的，“+”是一段文本，它表示了加法运算符。

在Lisp语言中，我们用文本来写程序，而Lisp读取器得到的是Lisp对象，

经过对这些Lisp对象进行计算，得到了计算结果，也是一个Lisp对象，

最终，反馈给我们的是这个对象的文本表示。

4. 字面量和引用

在Lisp中，我们用文本“1”可以直接表示整数1，用“#t”表示真值，

类似的“1”和“#t”，称之为对象的字面量表示（literal representation）。

其它语言中，也提供了广泛的字面量表示法，例如，JavaScript提供了数组和对象字面量，

const obj = {    x: 1,    y: [2, 3, 4]};

这段代码创建了一个JavaScript Object，它的x属性值是1，y属性值是一个数组。

字面量表示法，使得我们不必调用new Object和new Array来创建它。

Lisp中列表对象用的非常多，每次都使用list函数来创建是一件麻烦的事情，

因此，Lisp语言提供了列表对象的字面量写法，我们只需要调用quote就可以了。

(quote (1 2 3))

以上Lisp代码会创建一个打印形式为(1 2 3)的列表对象。

对于嵌套列表，使用quote是非常方便的，

(quote (1 (2 3) ((4 5) (6 7))))

像这样创建列表的方式，称为引用（quoting），

这不同于按引用调用（call by reference）中的“引用”（reference）。

quote还有一个便捷的写法，就是用单引号来表示它，(quote (1 2 3))可以表示为，

'(1 2 3)

我们只需要在列表前加一个单引号即可，因为列表的右括号表明了它在引用这个列表。

5. quote和list

值得一提的是，引用并不保证每次都会重新创建列表。

例如，在Emacs Lisp中我们使用defun创建函数，

(defun foo ()    '(1 2 3))

然后，用以下方式进行函数调用，注意foo参数个数为0个，

(foo)

多次调用foo，编译器可能返回同一个列表对象。

而list则不同，每次调用它会返回一个全新的列表对象，

(defun foo ()    (list 1 2 3))

6. 求值策略

Lisp代码是由表达式构成的，Lisp程序的执行过程就是表达式的求值过程，

(* (+ 1 2) (+ 3 4))

以上表达式的求值结果为21。

在程序的列表表示法中，从左到右位于第一个位置的元素，是比较特殊的，

它表示一个函数（function），一个宏（macro），或者一个内置的特殊命令（special form）。

位于其他位置的元素称为参数。

函数被调用的时候，它的每个参数都必须首先被求值，

例如，以上程序中*，+都是函数，

在调用乘法函数*时，它的参数(+ 1 2)和(+ 3 4)都首先要被求值，分别求值为3和7，

然后再进行乘法运算，结果为21。

而宏和内置的特殊命令，并不要求如此，它们有自己的对参数的求值策略。

其中“1”称之为自求值对象，对它进行求值将得到它本身，

1(eval 1)(eval (eval 1))

其结果都为1，其它的自求值对象还包括布尔值，字符串，向量，等等。

(+ 1 2)中1和2之前没有quote，是因为它们是自求值对象，(+ '1 '2)和(+ 1 2)的计算结果是相等的。

7. 在Emacs中求值表达式

Emacs可以直接求值文本中的Lisp代码，我们只需要将光标定位到列表尾部，

然后按快捷键C-x C-e即可。（指的是按Ctrl+x，然后再按Ctrl+e

我们还可以试试quote和自求值对象，1求值为1，'1求值为1。

然而''1却求值为(quote 1)，是因为''1实际是(quote (quote 1))，

它表示用字面量方式创建了一个形如(quote 1)的列表对象。

下文，我们来讨论Emacs Lisp的控制结构和基本的数据类型，

使用Lisp编程是一件有趣的事情。

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