第 3 篇 函数式编程.pdf

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第 3 章 函数式编程 第三章 函数式编程 前⼀章解释了 Lisp 和 Lisp 程序两者是如何由单⼀的原材料函数,建造起来的。和任 何建筑材料⼀样, 的特质既影响了我们所建造事物的种类,也影响着我们建造 们 的⽅式。 本章描述 Lisp 世界⾥较常⽤的⼀类编程⽅法。这些⽅法⼗分精妙,让我们能够尝试编 写更有挑战的程序。 下⼀章将介绍⼀种尤其重要的编程⽅法,是 Lisp 让我们得以运⽤这种⽅法:即通过进 化的⽅式开发程序,⽽⾮遵循先计划再实现的⽼办法。 3.1 函数式设计 事物的特征会受其原材料的影响。例如,⼀座⽊结构建筑和⽯结构建筑看起来就会感 觉不⼀样。甚⾄当离得很远,看不清原材料究竟是⽊头还是⽯头,你也可以⼤体说出 是⽤什么造的。与之相似,Lisp 函数的特征也影响着 Lisp 程序的结构。 函数式编程意味着利⽤返回值⽽不是副作⽤来写程序。副作⽤包括破坏性修改对象(例 如通过rplaca) 以及变量赋值(例如通过 setq) 。如果副作⽤很少并且局部化,程序就会 容易阅读,测试和调试。Lisp 并⾮从⼀开始就是这种风格的,但随着时间的推移, Lisp 和函数式编程之间的关系变得越来越密不可分。 这⾥有个例⼦, 可以说明函数式编程和你在⽤其他语⾔编程时的做法到底有什么不 ⼀样。假设由于某种原因我们想把列表⾥的元素顺序颠倒⼀下。这次的函数不再颠倒 参数列表中的元素顺序,⽽是接受⼀个列表作为参数,返回列表中的元素与之相同但 是排列次序相反。 图3.1 中的函数能对列表求逆。 把列表看作数组,按位置取反;其返回值是⽆意义 的: (setq lst (a b c)) (A B C) (bad-reverse lst) NIL lst (C B A) 函数如其名,bad-reverse 与好的 Lisp 风格相去甚远。更糟糕的是, 还有其 丑陋之 处: 因为其正常⼯作有赖于副作⽤,所以 使调⽤者离函数式编程的理想渐 ⾏渐远。 (defun bad-reverse (lst) (let* ((len (length lst)) (ilimit (truncate ( len 2)))) (do ((i 0 (1+ i)) (j (1- len) (1- j))) ((= i ilimit)) (rotatef (nth i lst) (nth j lst))))) 图3.1 : ⼀个对列表求逆的函数 尽管是个反派⾓⾊, bad-reverse 仍有其可取之处: 展⽰了 Common Lisp 交换两个值的习惯⽤法。 rotatef 宏可以轮转任何普通变量的值。所谓普通变量是指那些可以作为setf 第⼀个参 数的变量。当 只应⽤于两个参数时,效果就是交换 们。 与之相对,图 3.2 中的函数能返回顺序相反的列表。通过使⽤ good-reverse ,我们得 到的返回值是颠倒顺序后的列表,⽽原始列表原封不动: ;; 代码 3.2: ⼀个返回相反顺序列表的函数 (setq lst (a b c) (A B C) (good-reverse lst) (C B A) lst (A B C) (defun good-reverse (lst) (labels ((rev (lst acc) (if (null lst) acc (rev (cdr lst) (cons (car lst) acc))))) (rev lst nil))) 过去常认为可以根据外貌来判断⼀个⼈的性格。不管这个说法对于⼈来说是否灵验, 但是对于 Lisp 来说, 这⼀般是可⾏的。函数式程序有着和命令式程序不同的外形。 函数式程序的结构完全是由表达式⾥参数的组合表现出来的,并且由于参数是缩进 的,函数式代码看起来在缩进⽅⾯显得更为灵动。函数式代码看起来如同纸⾯上的⾏ 云流⽔; 命令式代码则看起来坚固驽钝,Basic 语⾔就是⼀例。 即使远远的看上去,从bad- 和good-reverse 两个函数的形状也能分清孰优孰劣。另 外,good-reverse 不仅短些,也更加⾼效: ⽽不是因为 Common Lisp 已经有了内置的 reverse ,所以我们可以不⽤⾃⼰实现 。不过还是有必要简单了解

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