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. Основные положения программирования на Лиспе. Загрузка системы, системный редактор. Базовые функции языка. Символы, свойства символов. Средства языка для работы с числами. Задание к лабораторной работе. 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 <имя файла>) Эта функция загружает файл выражений и выполняет эти выражения. <Имя файла> - 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) р S - выражение (атом либо список). _(CAR ‘(a b c d)) р a _(CAR ‘((a b) c d)) р (a b) _(CAR ‘(a)) р a _(CAR NIL) р 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) р 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) р список Функция CDR определена только для списков. _(CDR ‘(a b c d)) р (b c d) _(CDR ‘((a b) c d)) р (c d) _(CDR ‘(a (b c d))) р ((b c d)) _(CDR ‘(a)) р NIL _(CDR NIL) р NIL _(CDR ‘a) р 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) р список _(CONS ‘a ‘(b c)) р (a b c) _(CONS ‘(a b) ‘(c d)) р ((a b) c d) _(CONS (+ 1 2) ‘(+ 3)) р (3 + 3) _(CONS ‘(a b c) NIL) р ((a b c)) _(CONS NIL ‘(a b c)) р (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) р T _(ATOM ‘(a b c)) р NIL _(ATOM NIL) р T _(ATOM ‘(NIL)) р 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) р NIL _(EQ ‘a (CAR ‘(a b c))) р T _(EQ NIL ()) р T Предикат EQL работает так же как и EQ, но дополнительно позволяет сравнивать однотипные числа. _(EQL 2 2) р T _(EQL 2.0 2.0) р T _(EQL 2 2.0) р 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) р 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) р T _(EQUAL ‘(a b c) ‘(a b c)) р T _(EQUAL ‘(a b c) ‘(CONS ‘a ‘(b c))) р T _(EQUAL 1.0 1) р NIL Функция NULL проверяет на пустой список. _(NULL ‘()) р 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) у (CAR (CDR (CAR x))) _(CDDAR ‘((a b c d) e)) р (c d) _(CDDR ‘(k l m)) р (M) Функция LIST - создает список из элементов. Она возвращает в качестве своего значения список из значений аргументов. Количество аргументов произвольно. _(LIST ‘a ‘b ‘c) р (a b c) _(LIST ‘a ‘b (+ 1 2)) р (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)) р (b c d) _a р(b c d) _(SET (CAR a) (CDR (o f g)) р (f g) _a р (b c d) _(CAR a) р b _b р (f g) Значение символа вычисляется с помощью специальной функции Symbol-value, которая возвращает в качестве значения значение своего аргумента. _(Symbol-value (CAR a)) р (f g) Функция SETQ - связывает имя, не вычисляя его. Эта функция отличается от SET тем, что вычисляет только второй аргумент. _(SETQ d ‘(l