LISP定義

LISP是一種通用高級計算機程序語言，長期以來壟斷人工智能領域的應用。LISP作為因應人工智能而設計的語言，是第一個聲明式系內函數式程序設計語言，有別于命令式系內過程式的C、Fortran和面向對象的Java、C#等結構化程序設計語言。

Lisp是一門歷史悠久的語言，全名叫LISt Processor，也就是“表處理語言”，它是由John McCarthy于1958年就開始設計的一門語言。和Lisp同時期甚至更晚出現的許多語言如Algo等如今大 多已經消亡，又或者僅僅在一些特定的場合有一些微不足道的用途，到現在還廣為人知的恐怕只剩下了 Fortran和COBOL。但唯獨Lisp，不但沒有隨著時間而衰退，反倒是一次又一次的煥發出了青春，從Lisp分支出來的Scheme、ML等語言在很多場合的火爆程度甚至超過了許多老牌明星。那么這顆常青樹 永葆青春的奧秘究竟在哪里呢？

如果你只接觸過C/C++、Pascal這些“過程式語言”的話，Lisp可能會讓你覺得十分不同尋常，首先吸引你眼球（或者說讓你覺得混亂的）一定是Lisp程序中異常多的括號，當然從現在的角度來講，這種設計的確對程序員不大友好，不過考慮到五六十年代的計算機處理能力，簡化語言本身的設計在那時算得上是當務之急了。

Lisp的基本語法很簡單，它甚至沒有保留字（有些語言學家可能對這一點有異議），它 只有兩種基本的數據，僅有一種基本的語法結構就是表達式，而這些表達式同時也就是程序結構，但是正如規則最簡單的圍棋卻有著最為復雜的變化一樣，Lisp使用最基本的語言結構定義卻可以完成其它語言難于實現的、最復雜的功能。

語言應用

LISP是函數式程序設計的先鋒，其諸多革命性的創新思維影響了后續編程語言的發展，亦完全壟斷人工智能領域的應用長達三分之一個世紀。曾在開展初年出現的低效率因素亦在集體改良中被移去，成就了現在廣被應用于軟件開發、電子商務及金融系統的Common Lisp、Scheme、Emacs Lisp和Clojure等。
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關于Lisp9種語言思想

Lisp語言誕生的時候就包含了9種新思想。其中一些我們今天已經習以為常，另一些則剛剛在其他高級語言中出現，至今還有2種是Lisp獨有的。按照被大眾接受的程度，這9種思想依次如下排列。

（1） 條件結構（即if-then-else結構）。現在大家都覺得這是理所當然的，但是Fortran I就沒有這個結構，它只有基于底層機器指令的goto結構。

（2） 函數也是一種數據類型。在Lisp語言中，函數與整數或字符串一樣，也屬于數據類型的一種。它有自己的字面表示形式（literal representation），能夠存儲在變量中，也能當作參數傳遞。一種數據類型應該有的功能，它都有。

（3） 遞歸。Lisp是第一種支持遞歸函數的高級語言。

（4） 變量的動態類型。在Lisp語言中，所有變量實際上都是指針，所指向的值有類型之分，而變量本身沒有。復制變量就相當于復制指針，而不是復制它們指向的數據。

（5） 垃圾回收機制。

（6） 程序由表達式組成。Lisp程序是一些表達式樹的集合，每個表達式都返回一個值。這與Fortran和大多數后來的語言都截然不同，它們的程序由表達式和語句組成。

區分表達式和語句在Fortran I中是很自然的，因為它不支持語句嵌套。所以，如果你需要用數學式子計算一個值，那就只有用表達式返回這個值，沒有其他語法結構可用，否則就無法處理這個值。

后來，新的編程語言支持塊結構，這種限制當然也就不存在了。但是為時已晚，表達式和語句的區分已經根深蒂固。它從Fortran擴散到Algol語言，接著又擴散到它們兩者的后繼語言。

（7） 符號類型。符號實際上是一種指針，指向存儲在散列表中的字符串。所以，比較兩個符號是否相等，只要看它們的指針是否一樣就行了，不用逐個字符地比較。

（8） 代碼使用符號和常量組成的樹形表示法。

（9） 無論什么時候，整個語言都是可用的。Lisp并不真正區分讀取期、編譯期和運行期。你可以在讀取期編譯或運行代碼，也可以在編譯期讀取或運行代碼，還可以在運行期讀取或者編譯代碼。

在讀取期運行代碼，使得用戶可以重新調整（reprogram）Lisp的語法；在編譯期運行代碼，則是Lisp宏的工作基礎；在運行期編譯代碼，使得Lisp可以在Emacs這樣的程序中充當擴展語言（extension language）；在運行期讀取代碼，使得程序之間可以用S表達式（S-expression）通信，近來XML格式的出現使得這個概念被重新“發明”出來了。

Lisp語言剛出現的時候，這些思想與其他編程語言大相徑庭，后者的設計思想主要由50年代后期的硬件決定。隨著時間流逝，流行的編程語言不斷更新換代，語言設計思想逐漸向Lisp靠攏。思想（1）到思想（5）已經被廣泛接受，思想（6）開始在主流編程語言中出現，思想（7）在Python語言中有所實現，不過似乎沒有專用的語法。

思想（8）可能是最有意思的一點。它與思想（9）只是由于偶然原因才成為Lisp語言的一部分，因為它們不屬于麥卡錫的原始構想，是由拉塞爾自行添加的。它們從此使得Lisp語言看上去很古怪，但也成為了這種語言最獨一無二的特點。說Lisp語言古怪倒不是因為它的語法很古怪，而是因為它根本沒有語法，程序直接以解析樹（parse tree）的形式表達出來。在其他語言中，這種形式只是經過解析在后臺產生，但是Lisp直接采用它作為表達形式。它由列表構成，而列表則是Lisp的基本數據結構。

用一門語言自己的數據結構來表達該語言是非常強大的功能。思想（8）和思想（9），意味著你可以寫出一種能夠自己編程的程序。這可能聽起來很怪異，但是對于Lisp語言卻是再普通不過。最常用的做法就是使用宏。

術語“宏”在Lisp語言中的意思與其他語言中的不一樣。Lisp宏無所不包，它既可能是某樣表達式的縮略形式，也可能是一種新語言的編譯器。無論是想真正理解Lisp語言，還是只想拓寬編程視野，最好都學學宏。就我所知，宏（采用Lisp語言的定義）目前仍然是Lisp獨有的。一個原因是為了使用宏，你大概不得不讓你的語言看上去像Lisp一樣古怪。另一個可能的原因是，如果你想為自己的語言添上這種終極武器，你從此就不能聲稱自己發明了新語言，只能說發明了一種Lisp的新方言。

我把這件事當作笑話說出來，但是事實就是如此。如果你創造了一種新語言，其中有car、cdr、cons、quote、cond、atom、eq這樣的功能，還有一種把函數寫成列表的表示方法，那么在它們的基礎上完全可以推導出Lisp語言的所有其他部分。事實上，Lisp語言就是這樣定義的，麥卡錫把語言設計成這個樣子就是為了讓這種推導成為可能

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為什么Lisp沒有流行起來

很久以前，這種語言站在計算機科學研究的前沿，特別是人工智能的研究方面。現在，它很少被用到，這一切并不是因為古老，類似古老的語言卻被廣泛應用。

其他類似的古老的語言有 FORTRAN、 COBOL、 LISP、 BASIC、 和ALGOL 家族，這些語言的唯一不同之處在于，他們為誰設計。FORTRAN是為科學家和工程師設計的，他們在計算機上編程的目的是是為了解決問題。COBOL是為了商業設計的，最好的體現在于讓商人們可以利用電腦時代。LISP是了計算機科學研究設計的，最突出的體現在計算機基本原理研究。。BASIC是為初學者設計的。最后，ALGOL語言是有計算機程序員修改，演變成其他流行的語言，如C，Pascal和Java的一個龐大的家族。

上面提到的某些語言已經不像當初那么流行了。我們在這里可以把它們稱作“失敗”。問題是它們為什么失敗？第一站出來的是COBOL. 很不幸，它以面向商業人員的很好的可讀性就是它的失敗點。商業人員發現，他們可以雇傭程序員去管理他們的系統。程序員自然會偏向于為他們設計的語言，而不是他們的老板。所以隨著時間推移，越來越多的商業功能都使用例如VB， C， C++ 和JAVA實現了。現在，只有很少一部分軟件仍通過COBOL語言編寫。

BASIC卻有不同的命運。他是為入門人員設計的。那些在微機上學習編程，他們會使用內置的BASIC語言作為起點。隨著時間推移，微機被運行微軟操作系統的個人電腦，或者MacOS的蘋果電腦所代替。這種語言逐漸被VB所取代。雖然他是面向初級程序員，它有一段時間代替了COBOL。為什么要耗費這么多的資源在昂貴的編譯器上，而便宜的解釋器在我們的電腦上已經存在？最近，微軟以遷移到.NET框架上，讓VB跟在后面。它的替代者， C#就是ALGOL家族中的一員，跟Java相近。

這些年FORTRAN的使用起起伏伏。在某一階段，差不多所有科學方面的代碼是用它來寫的。它的優點是這門語言中沒有指針，并且不允許存在遞歸。這意味著所有數據的引用位置都可以在編譯時確定。FORTRAN編譯器利用這些額外的信息使程序運行格外地迅速。不幸的是，隨著時間的推移，固定大小的數組這種數據結構變得過時了。現在，科學要處理任意形狀的風格，甚至表述更為復雜的真實世界。這需要在語言中額外地加入指針。這些情況發生的時間段里，FORTRAN逐漸走向沒落。現在，它被轉移到高性能計算工作，其中新的并行矩陣和矢量運算最近添加到這門語言中，仍然使它擁有性能優勢。

ALGOL語言家族取得了成功。其原因是，這些語言是由程序員為程序員寫的。隨著時間的推移，這些與系統和應用相關的語言成為了現在最常用的語言。它的優點是越多地程序員使用，這門語言就能得到更多地改進，并且越來越多地程序是用它們來寫就的。這提供了一個良性循環，更多的程序員們又被聘請在己編寫的程序上工作。這是一個網絡效應的例子。一個系統的“價值”是它的用戶數目的平方，在于以此速率增長的用戶之間的交互作用。

那么為什么Lisp語言家族會站在失敗者一邊呢？有些人認為是語法的錯。Lisp因為它的括號而臭名昭著。我并不認為是這個理由。許多用戶說良好的格式可以讓他們跟上這些括號。同時，Lisp語言被發明不久后，有一個叫“super-bracket”的語法可以讓人快速表示出任意數量的回括號”）”。這個特性在今天已經很少有人使用了。最后，優秀的編輯器解決了大多數的語法問題。

另一些人經常抱怨Lisp是一門函數式語言。這是失敗的理由嗎？自然，跟早期的語言相比，只有Lisp算是函數式的。但事實上，我認為沒有這么簡單。Lisp也有命令式語言的特性，ALGOL系列語言也可以被當作一門純正的函數式語言來用。 如果有人想選擇一種特定的編程范式來寫代碼，一些特定的語言可以讓這個選擇更容易的實現。然而，現代語言已經足夠靈活，它們能支持多種編程范式，近乎完全命令式的Lisp沒有理由不存在。

或許lisp的問題在于他使用了垃圾回收？在那個時候，只有lisp作為計算機語言采用了這個特性。誠然，垃圾回收會占用大量的計算資源，而早期計算機在該方面的不足足以組織lisp大展拳腳了。但是，我認為這仍然不是主要的原因。lisp是用來寫那些復雜度相當高的程序的，而這些程序在事實上都必須帶有一個垃圾回收模塊，如果你用其他的語言來寫……大概很難比lisp實現的要好吧？眾所周知的事實是，任何一個如此復雜的程序，如果用其他語言寫的話都不可避免的戴上一個比lisp垃圾回收臃腫不少的功能模塊……

lisp的失敗，恰恰是因為他太成功，這讓他的目標變得模糊。lisp相對與早期的語言實在是非常靈活，靈活到足以改變自身形式以適應需求。對于其他的語言來說，如果想要完成一個龐大的任務，就需要把這個任務打碎成一小塊一小塊的然后完成。如果是一個更大的呢？甚至連編譯都需要分步完成了。但是lisp不是這樣的，由于他強大的能力，程序員可以將lisp改造成特定領域的專門工具——順手的工具將順手的解決問題——任務輕松完成了。由于語言的正交性（譯者注：這里可能應該理解為“自洽”），我們改造過的lisp仍然可以使用原有的編譯器，解釋器運行。

那么建立特定領域的語言來作為一個問題的解決方案，它會出現什么問題呢？結果是它非常高效。然而，這種做法會使語言分化。這導致許多子語言都略有不同。這是Lisp代碼對其他人而言可讀性差的真正原因。在其他語言中，相對來說比較簡單就能臆測出一段給定代碼的作用。有著超強的表達力的Lisp，由于一個給定的符號（symbol）可能是一個變量，函數或操作，需要閱讀大量代碼才能找出它。

Lisp失敗的原因是因為它的碎片化，并且它的碎片化是因為其語言天性與特定領域方案的風格造成的。而網絡效應則恰恰相反。越來越少的程序員使用相同的方言，因此它相對與ALGOL語言家族的總價值下降。

如果有人現在設計一種語言，該如何避免這種問題呢？如果語言的表達性是我們的目標，那么它必須以某種方式加以調整。這門語言必須要有特意的限制，來保證所編寫代碼的可讀性。Python是一門成功的語言，它已經做到了這些，其中某些限制是硬編碼的，而另一些則是以約定成俗的方式存在。

不幸的是，這么久過去了并且發明了這么多Lisp的變種語言，在其之上建立的其它新語言大概并不是所要的答案。根本不會有足夠多的用戶使它與眾不同。也許解決的辦法是，慢慢加入類似Lisp的語言功能到ALGOL語言家族中。幸運的是，這似乎是正在發生的事。新的語言（C＃，D，Python等）趨向于擁有垃圾回收機制。他們也往往比舊的語言更具正交性。在未來，最終會有行為很像Lisp的一種流行語言。