LABS1D (ЛИСП)

Лабораторная работа № 1.

Тема: Ознакомительная работа в среде MuLisp. Базовые функции Лиспа. Символы, свойства символов. Средст-ва языка для работы с числами.

Цель: Ознакомиться со средой MuLisp. Изучить базовые функции Лиспа, символы и их свойства, а также средства для работы с числами.

1. Основные положения программирования на Лиспе.

2. Загрузка системы, системный редактор.

3. Базовые функции языка. Символы, свойства символов.

4. Средства языка для работы с числами.

5. Задание к лабораторной работе.

6. Вопросы.

1. Основные положения программирования на Лиспе.

• Лисп ориентирован на обработку нечисловых задач. Он основан на алгебре списочных структур, лямбда-исчислении и теории рекурсий.

• Язык имеет функциональную направленность, т. е. любое предложение заключенное в скобки, введенное вне редактора считается функцией и выполняется сразу после нажатия «ENTER».

• Чтобы предотвратить вычисление значения выражения, нужно перед этим выражением поставить апостроф «’». Апостроф перед выражением - это на самом деле сокращение лисповской функции QUOTE.

• В Лиспе формы представления программы и обрабатываемых ею данных одинаковы. И то и другое представляется списочной структурой имеющей одинаковую форму.

• Типы данных не связаны с именами объектов данных, а сопровождают сами объекты. Переменные могут в различные моменты времени представлять различные объекты.

• Основные типы данных языка - атомы и списки.

Атомы - это символы и числа.

Список - упорядоченная последовательность, элементами которой являются атомы либо списки. Списки заключаются в круглые скобки, элементы списка разделяются пробелами. Несколько пробелов между символами эквивалентны одному пробелу. Первый элемент списка называется «головой», а остаток , т. е. список без первого элемента, называется «хвостом. Список в котором нет ни одного элемента, называется пустым и обозначается «()» либо NIL.

• Символ - это имя, состоящее из букв, цифр и специальных знаков, которое обозначает какой-нибудь предмет, объект, действие. В Лиспе символы обозначают числа, другие символы или более сложные структуры, программы (функции) и другие лисповские объекты. Символы могут состоять как из прописных, так и из строчных букв, хотя в большинстве Лисп-систем, как и в описываемой здесь версии MuLisp, прописные и строчные буквы отождествляются и представляются прописными буквами.

• Символы T и NIL имеют в Лиспе специальное назначение: T - обозначает логическое значение истина, а NIL - логическое значение ложь.

• При генерации или считывании MuLispом нового символа, за его величину принимается он сам. Такая ссылка символа на себя называется автоссылкой.

• Создание программы на Лиспе - написание некоторой функции, возможно сложной, при вычислении использующей другие функции либо рекурсивно саму себя. На практике, написание программ осуществляется записью в файл определений функций, данных и других объектов с помощью имеющегося в программном окружении редактора. Файлу присваивается расширение LSP.

• Необязательно делать отступы в строках выражений, входящих в ваши функции. На самом деле, по желанию, вы можете написать всю программу в одну строку. Однако отступы в строках и пустые строки делают структуру программы понятней и более читабельней. Так же выравнивание начальных и конечных скобок основных выражений помогают убедиться в балансе ваших скобок.

• Определения функций могут храниться в файлах и загружаться используя функцию LOAD:

(load )

Эта функция загружает файл выражений и выполняет эти выражения. - это строковая константа, которая представляет собой имя файла без расширения (подразумевается расширение ".lsp"). Если операция успешно завершена, LOAD возвращает имя последней функции, определенной в файле. Если операция не выполнена, LOAD возвращает имя файла в виде строкового выражения.

Функция LOAD не может вызываться из другой функции LISP. Она должна вызываться непосредственно с клавиатуры, в то время как ни одна другая функция LISP не находится в процессе выполнения.

• Интерпретатор считает файлами, содержащими исходные тексты программ на Лиспе, все файлы, имеющие расширение LSP.

• В связи с тем, что диалект MuLisp включает в себя сравнительно небольшой набор базовых функций, указанная Лисп-система обеспечивается библиотеками Лисп-функций, дополняющими базовый набор функциями, имеющимися в Common Lisp-е и других диалектах(Common.lsp, Array.lsp и т. д. ...).

2. Загрузка системы. Системный редактор.

Запуск системы MuLisp с расширением Common.lsp осуществляется командой:

MuLisp87.com Common.lsp.

После нескольких секунд загрузки на экране дисплея появится сообщение:

MuLisp-87 IBM PC MS-DOS Version 6.01 (11/05/87)

(C ) Copyright SoftWarehouse, Inc., 1983, 1985, 1986, 1987.

All rights Reserved Worldwide.

; Loading C:Common.lsp

После чего появится знак $, означающий приглашение системы к работе. Для загрузки системного редактора необходимо набрать следующую команду:

(LOAD edit.lsp)

Системный редактор начинает работать. Он чистит экран рисует рамку и выдает на экран свое меню:

Alpha, Block, Delete, Jump, List, Options, Print, Quit, Replace, Search, Transfer, Undelete и Window.

Затем система ждет, пока пользователь не выберет одну из опций. Для этого необходимо установить курсор на выбранной опции и нажать клавишу «Enter». Переход от одной опции к другой производится с помощью клавиши «Tab».

• Alpha: включение режима редактирования.

• Block: работа с блоком. Выделение, копирование, удаление, перенос и др.

• Delete: удаление блока, символа, слова, строки.

• Jump: переход в начало или конец текста программы, вверх-вниз страницы.

• List: работа со списком. Удаление, переход к предыдущему, последующему.

• Options: работа с цветами, монитором, звуком.

• Print: печать текста программы.

• Quit: выход из системы.

• Replace: изменение строки.

• Search: поиск строки. Причем строчные и прописные буквы различаются.

• Transfer: работа с файлами. Запись, нахождение, объединение, удаление.

• Undelete: восстановление.

• Window: работа с окнами. Открыть, закрыть, перейти к другому и т. д.

3. Базовые функции языка.

Функции разбора.

Функция CAR возвращает в качестве значения первый элемент списка.

(CAR список) ð S - выражение (атом либо список).

_(CAR ‘(a b c d)) ð a

_(CAR ‘((a b) c d)) ð (a b)

_(CAR ‘(a)) ð a

_(CAR NIL) ð NIL «Голова пустого списка - пустой список.»

Вызов функции CAR с аргументом (a b c d) без апострофа был бы проинтерпретирован как вызов функции «a» с аргументом «b c d», и было бы получено сообщение об ошибке.

Функция CAR имеет смысл только для аргументов, являющихся списками.

(CAR ‘a) ð Error

Функция CDR - возвращает в качестве значения хвостовую часть списка, т. е. список, получаемый из исходного списка после удаления из него головного элемента:

(CDR список) ð список

Функция CDR определена только для списков.

_(CDR ‘(a b c d)) ð (b c d)

_(CDR ‘((a b) c d)) ð (c d)

_(CDR ‘(a (b c d))) ð ((b c d))

_(CDR ‘(a)) ð NIL

_(CDR NIL) ð NIL

_(CDR ‘a) ð Error

Функция создания CONS.

Функция CONS строит новый список из переданных ей в качестве аргументов головы и хвоста.

(CONS голова хвост)

Для того чтобы можно было включить первый элемент функции CONS в качестве первого элемента значения второго аргумента этой функции, второй аргумент должен быть списком. Значением функции CONS всегда будет список:

(CONS s-выражение список) ð список

_(CONS ‘a ‘(b c)) ð (a b c)

_(CONS ‘(a b) ‘(c d)) ð ((a b) c d)

_(CONS (+ 1 2) ‘(+ 3)) ð (3 + 3)

_(CONS ‘(a b c) NIL) ð ((a b c))

_(CONS NIL ‘(a b c)) ð (NIL a b c)

Предикаты ATOM, EQ, EQL, EQUAL.

Предикат - функция, которая определяет, обладает ли аргумент определенным свойством, и возвращает в качестве значения NIL или T.

Предикат ATOM - проверяет, является ли аргумент атомом:

(ATOM s - выражение)

Значением вызова ATOM будет T, если аргументом является атом, и NIL - в противном случае.

_(ATOM ‘a) ð T

_(ATOM ‘(a b c)) ð NIL

_(ATOM NIL) ð T

_(ATOM ‘(NIL)) ð NIL

Предикат EQ сравнивает два символа и возвращает значение T, если они идентичны, в противном случае - NIL. С помощью EQ сравнивают только символы или константы T и NIL.

_(EQ ‘a ‘b) ð NIL

_(EQ ‘a (CAR ‘(a b c))) ð T

_(EQ NIL ()) ð T

Предикат EQL работает так же как и EQ, но дополнительно позволяет сравнивать однотипные числа.

_(EQL 2 2) ð T

_(EQL 2.0 2.0) ð T

_(EQL 2 2.0) ð NIL

Для сравнения чисел различных типов используют предикат «=». Значением предиката «=» является T в случае равенства чисел независимо от их типов и внешнего вида записи.

(= 2 2.0) ð T

Предикат EQUAL проверяет идентичность записей. Он работает как EQL , но дополнительно проверяет одинаковость двух списков. Если внешняя структура двух лисповских объектов одинакова, то результатом EQUAL будет T.

_(EQUAL ‘a ‘a) ð T

_(EQUAL ‘(a b c) ‘(a b c)) ð T

_(EQUAL ‘(a b c) ‘(CONS ‘a ‘(b c))) ð T

_(EQUAL 1.0 1) ð NIL

Функция NULL проверяет на пустой список.

_(NULL ‘()) ð T

Вложенные вызовы CAR и CDR.

Комбинации вызовов CAR и CDR образуют уходящие в глубину списка обращения, в Лиспе для этого используется более короткая запись. Желаемую комбинацию вызовов CAR и CDR можно записать в виде одного вызова функции:

(C...R список )

Вместо многоточия записывается нужная комбинация из букв A и D (для CAR и CDR соответственно). В один вызов можно объединять не более четырех функций CAR и CDR.

(CADAR x) ó (CAR (CDR (CAR x)))

_(CDDAR ‘((a b c d) e)) ð (c d)

_(CDDR ‘(k l m)) ð (M)

Функция LIST - создает список из элементов. Она возвращает в качестве своего значения список из значений аргументов. Количество аргументов произвольно.

_(LIST ‘a ‘b ‘c) ð (a b c)

_(LIST ‘a ‘b (+ 1 2)) ð (a b 3)

4. Символы, свойства символов.

Функции присваивания: SET, SETQ, SETF.

Функция SET - присваивает символу или связывает с ним некоторое значение. Причем она вычисляет оба своих аргумента. Установленная связь действительна до конца работы, если этому имени не будет присвоено новое значение функцией SET.

_(SET ‘a ‘(b c d)) ð (b c d)

_a ð(b c d)

_(SET (CAR a) (CDR (o f g)) ð (f g)

_a ð (b c d)

_(CAR a) ð b

_b ð (f g)

Значение символа вычисляется с помощью специальной функции Symbol-value, которая возвращает в качестве значения значение своего аргумента.

_(Symbol-value (CAR a)) ð (f g)

Функция SETQ - связывает имя, не вычисляя его. Эта функция отличается от SET тем, что вычисляет только второй аргумент.

_(SETQ d ‘(l m n)) ð (l m n)

Функция SETF - обобщенная функция присваивания. SETF используется для занесения значения в ячейку памяти.

( SETF ячейка-памяти значение)

_(SETF ячейка ‘(a b c)) ð (a b c)

_ ячейка ð (a b c)

Переменная «ячейка» без апострофа указывает на ячейку памяти, куда помещается в качестве значения список (a b c).

Свойства символа.

В Лиспе с символом можно связать именованные свойства. Свойства символа записываются в хранимый вместе с символом список свойств. Свойство имеет имя и значение. Список свойств может быть пуст. Его можно изменять или удалять без ограничений.

(имя1 знач1 имя2 знач2 ... имяN значN )

Пусть имя студент имеет следующий список свойств:

(имя Иван отчество Иванович фамилия Иванов)

Функция GET - возвращает значение свойства, связанного с символом.

(GET символ свойство )

При отсутствии свойства функция GET возвращает NIL в качестве ответа.

_(GET ‘студент ‘имя) ð Иван

_(GET ‘студент ‘группа) ð NIL

Присваивание и удаление свойств.

Для присваивания символу свойств в MuLisp (как и в Common Lisp) отдельной функции нет. Для этого используются уже известные нам функции:

(SETF (GET символ свойство) значение)

_(SETF (GET ‘студент ’группа) ’РВ-90-1) ð РВ-90-1

_(GET ‘студент ’группа) ð РВ-90-1

Удаление свойства и его значения осуществляется псевдофункцией REMPROP:

Эта функция возвращает в качестве значения имя удаляемого свойства. Если удаляемого свойства нет, то возвращается NIL.

(REMPROP символ свойство)

_(REMPROP ‘студент ’группа) ð группа

_(GET ‘студент ’группа) ð NIL

_(REMPROP ‘студент ’ср_бал) ð NIL

Для просмотра всего списка свойств используют функцию SYMBOL-PLIST. Значением функции является весь список свойств.

(SYMBOL-PLIST ‘СИМВОЛ)

(SYMBOL-PLIST ‘студент) ð (имя Иван отчество Иванович фамилия Иванов)