Особенности языка ЛИСП

После этого функция gensym будет последовательно  выдавать атомы S2, S3, S4, ... .

  (prog (v1 v2 ... vn) e1 e2 ... ek) (n≥0, k≥1) – Блочная и связанные с ней функции. Эту функцию называют "блочной", поскольку ее вычисление напоминает выполнение блоков в других языках программирования.

Вычисление функции начинается с того, что вводятся локальные  переменные v_i, перечисленные в ее первом аргументе, и всем им присваивается в качестве начального значения пустой список (). После этого функция последовательно вычисляет остальные свои аргументы - формы e_i. Вычислив последнюю из них, функция prog заканчивает работу со значением этой формы, уничтожив при этом свои локальные переменные.

Вычисленные значения всех форм e_i, кроме последней, нигде не запоминаются, поэтому имеет смысл использовать в качестве них только функции с побочным эффектом. Некоторые из этих функций перечислены ниже.

В качестве e_i может быть записан и атом-идентификатор, в этом случае он не вычисляется, и трактуется как метка, на которую будет производиться переход внутри этого блока (функцией go) [2].

(setq v e) – аналог оператора присваивания. В качестве аргумента v должно быть задано имя переменной, существующей в данный момент. Функция присваивает этой переменной новое значение - значение аргумента е. Это же значение является значением и самой функции setq, хотя оно, как правило, не используется.

В функции (pop v1 v2) обоими аргументами должны быть имена переменных, существующих в данный момент, причем переменная v₂ должна иметь значение и им должен быть непустой список.

Функция разделяет этот список на две части - на его первый элемент, который присваивается переменной v₁, и на его оставшуюся  часть (без первого элемента), которая становится новым значением переменной v₂.

В качестве второго аргумента функции (push е v) должно быть задано имя переменной, в качестве первого - произвольная форма. Функция вычисляет эту форму и строит новый список, первый элемент которого - вычисленное значение, а хвост - список, являющийся значением переменной v. Результирующий список присваивается в качестве нового значения переменной v (он также является значением самой функции push).

(return e) – функция досрочного выхода из блока, она может использоваться только внутри блочной функции prog, поскольку завершает вычисление ближайшей объемлющей блочной функции, объявляя ее значением значение аргумента e.

(go e) – функция перехода по метке. В качестве аргумента функции go должен быть задан идентификатор - одна из меток ближайшей объемлющей блочной функции. Функция go полностью завершает вычисление той формы этой блочной функции, в которую она входит (на любом уровне), и осуществляет переход для вычисления формы, следующей за этой меткой [9, 3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Особенности диалектов языка Лисп

 

2.1 MacLISP

 

Помимо символьной обработки MacLISP [4] широко использовался в традиционных числовых вычислениях, применяемых, например, в обработке речи и изображений. Кроме исследователей ИИ и разработчиков алгебраической системы Максима на Маклисп оказали влияние и работы групп в МИТ по робототехнике, обработке речи и изображений. Исходя из требований, предъявляемых этими областями, в Маклисп были включены новые математические типы данных, такие как матричная и битовая обработка, а также широкий набор арифметических функций и средств. Быть может, важнейшая из них – возможность вычислений с неограниченной точностью, основывающаяся на созданных Кнутом в 1969 году алгоритмах.

MacLISP был также первой LISP-системой для которой создан хороший транслятор. Транслятор генерирует машинную программу в форме списков. Машинный код в виде списка легко обрабатывать и результирующий код для числовых задач получался эффективнее, чем у лучших трансляторов фортрана.

Однако большую часть своих  свойств MacLISP приобрел под влиянием стоящих перед исследователями ИИ проблем и накопленного опыта. Так в язык попали макросы чтения и таблицы чтения, позволяющие легко изменять и расширять структуру языка. Таким же образом из требований к программам и окружению возникли управляющие структуры, механизмы обработки прерываний и ошибок, а также использование управляющих символов, создан и интегрирован в систему экранный редактор, появились управление и взаимодействие параллельных процессов [5, 4].

Основное внимание разработчики MacLISP сосредоточили на эффективности. Этому служат указания, уточняющие способы обработки аргументов функций, а также экранирование от вмешательства программиста внутренних механизмов системы. За счет этих мер скорость работы Маклиспа в 1,5 – 2,5 раза выше, чем Интерлисп.

Всего в Маклиспе используется около 400 функций. Самым большим недостатком системы является то, что ее никогда не документировали должным образом. Документация по этой системе разбросана по различным отчетам и руководствам. MacLISP был исследовательской системой и не предназначался для обучения и промышленного использования.

 

2.2 MuLISP

 

Интерпретатор MuLISP-85, разработанный для ПЭВМ серии IBM PC -удачный вариант реализации диалекта языка, включающий сравнительно ограниченный набор базовых функций (около 260) и оказавшийся вследствие этого более простым для изучения [5].

По сравнению с CommonLISP диалект MuLISP не имеет такого широкого спектра доступных типов данных. В нем обеспечивается работа только с двумя типами числовой информации: целыми числами с любым основанием и рациональными. В диалекте отсутствуют средства работы со структурами, массивами, потоками и другими типами данных, указанная реализация языка LISP имеет одно существенное преимущество - возможность пополнения базового набора функций путем подключения подпрограмм, написанных на языке ассемблера, что позволило повысить гибкость использования интерпретатора и ффективность прикладного программного обеспечения, создаваемого на его основе. Возможность такого пополнения отсутствует в большинстве других Лисп – систем, являющихся в этом смысле замкнутыми программными продуктами.

Среди других, вероятно, менее существенных, особенностей системы можно указать на реализацию специального механизма, позволяющего не заботиться о присваивании начальных значений литеральным атомам, получающих изначальное значение, равное «печатному» имени самого атома. Еще одной особенностью диалекта является возможность использования новой синтаксической конструкции «встроенный COND», существенно сокращающей тексты описаний функций пользователя и применяемой при записи тел функций и лямбда-выражений.

Набор базовых функций MuLISP-интерпретатора включает ряд функций, обеспечивающих доступ практически ко всем функциям ОС ЭВМ через соответствующие прерывания. Наконец, указанная Лисп-сис-тема обеспечивается библиотеками Лисп-функций, дополняющими базовый набор функциями, имеющимися в диалектах CommonLISP и InterLISP, что облегчает решение проблемы переносимости исходных текстов программных модулей, а также библиотеками, позволяющими выполнять манипулирование окнами на экране дисплея и обрабатывать управляющие воздействия через устройство типа «мышь». В комплект дополнительного программного обеспечения к интерпретатору входят интерактивный редактор текстов и простая обучающая система, написанные на диалекте языка MuLISP [10].

 

2.3 InterLISP

 

InterLISP появился в 1972 году из ББН-Лиспа. К 1978 году, когда вышло описание InterLISP, язык и система уже достаточно стабилизировались.

Интерлисп уже не был языком в  том же смысле, что и MacLISP или другие LISP-системы или обычные традиционные системы программирования. Он представлял собой интегрированную среду программирования, в которую вошло множество различных вспомогательных средств. InterLISP стал классическим примером хорошо развитых программных средств и средств в системах разделения времени.

Этот диалект наряду с CommonLISP один из наиболее распространенных, имеет достаточно развитый аппарат представления и манипулирования различными структурами данных, включая массивы. Среди общих особенностей данного варианта языка следует отметить использование для обозначения встроенных функций нетрадиционных имен, что порой затрудняет перенос готовых программных продуктов на другие диалекты и другие ЭВМ [8].

В 1974 году Xerox начала разработку для InterLISP персональной лисповской рабочей станции под названием Alto. В реализации LISP для Alto впервые применили спроектированную специально для языка LISP и программируемую систему команд и мини-ЭВМ, способную с более высокой производительностью, чем универсальные ЭВМ, интерпретировать программы LISP. Из этой машины Alto впоследствии развились LISP-машины серии 1100 фирмы Xerox.

На основе версии Интерлиспа, работавшей в системе разделения времени, была создана совместимая снизу вверх версия LISP InterLISP-де, используемая на LISP – машинах серии 1100. В ее пользовательский интерфейс входили многооконное взаимодействие, графика с высокой разрешающей способностью, средства выбора из меню и мышь, а также ориентированный на использование экрана инспектор структур данных. Идея разделения экрана на многие независимые окна родилась в XLG. Алан Кэй уже в конце 60-х годов предложил такую идею подхода к компьютерам будущего и интерфейсу между человеком и машиной. Работа XLG привела к созданию в 70-х годах разработки языка программирования Smolltalk и объектного программирования [1].

При создании InterLISP работа велась весьма тщательно. Система хорошо документирована и более новые версии совместимы с более ранними. Так преимуществом системы стало непрерывно пополняющееся большое количество переносимого программного обеспечения. С другой стороны, ограничение системы старым, зафиксированным уже в конце 70-х годов, диалектом сделало систему отчасти устаревшей и трудно расширяемой. В InterLISP среди прочего отсутствуют иерархические типы данных, объекты и замыкания. К тому же он базируется на динамическом связывании, тогда как новые версии LISP - статические. Однако из InterLISP берет начало новая версия – CommonLISP.

Для программирования на более высоком уровне в InterLISP разработаны такие средства, в которых уже присутствовали объекты.  InterLISP – столь замкнутая система, что доступна только ее оттранслированная версия в машинных кодах. В некоторых других системах, таких как, например Зеталисп, поддерживается версия LISP на исходном языке, которая доступна пользователю и может модифицироваться им. Развитие закрытых систем, похожих на InterLISP, связано с ресурсами, имеющимся у создавших их лабораторий.

InterLISP использует свыше 500 функций и большое количество системных имен и флажков, с помощью которых можно настроить и подогнать систему.

InterLISP реализован в системе разделения времени на многих больших ЭВМ.

В Интерлиспе основное внимание было уделено удобству системы для пользователя. Главный принцип разработчиков этого диалекта: все, что может иметь место в системе, должно естественно выражаться в терминах ее входного языка. Поэтому в Интерлисп программисту доступно все. Он может переопределять любые, в том числе и встроенные, функции; задавать и переопределять реакции на ошибки; работать непосредственно с уровня входного языка с внутренними структурами интерпретатора и т. д. При этом система поддерживает свою целостность и работоспособность.

     

2.4 CommonLISP

      

Этот диалект отличается наиболее широким представлением различных структур данных и включает около 800 встроенных функций (внешний вид CommonLISP показан в приложении Б). В нем обеспечиваются средства обработки основных классов числовой информации: целых, вещественных и комплексных. Символьные данные (литеры, литеральные атомы, строки) в CommonLISP соответствуют основным возможностям других LISP – систем. Дополнительно имеются средства обработки непечатных литер в символьных именах [7].

Одним из существенных преимуществ  диалекта CommonLISP является наличие средств обработки массивов и структур, по своим возможностям не уступающих соответствующим средствам традиционных языков программирования (Фортран, Паскаль). Массивы в CommonLISP могут иметь любое неотрицательное число измерений и индексируются последовательностью целых чисел. Тип компонентов массива может быть произвольным. Выделяется подкласс векторов - одномерных массивов, среди которых отдельно рассматриваются строки и битовые массивы.

Структуры CommonLISP являются типом многокомпонентных записей, определяемых пользователем и имеющих именованные компоненты. Встроенное макроопределение DEFSTRUCT используется для определения структур новых типов. Для создания данных нового типа в виде структуры предусмотрены средства автоматической генерации набора функций, обеспечивающих средства манипулирования объектами этого класса.

Удобным средством контроля доступа к различным переменным и функциям LISP -программ в CommonLISP являются пакеты. Пакет - множество имен объектов, определенных и доступных в нем. Внутри пакета имена объектов подразделяются на внутренние и внешние. Первые предназначены для использования только внутри данного пакета, а вторые - для обеспечения связи с другими пакетами. LISP – интерпретатор представляет широкий спектр средств манипулирования пакетами. Как правило, LISP – система имеет в своем составе четыре стандартных пакета:

1. Lisp – содержит примитивы системы
2. User – умалчиваемый пакет прикладных программ и данных пользователя
3. Keyword – содержит ключевые слова всех встроенных функций и функций, определяемых пользователем
4. System – зарезервированный пакет для системных целей

Значительной переработке и расширению в CommonLISP подверглись средства ввода-вывода и передачи информации. Для эффективной организации различных обменов с внешней средой введена концепция потоков, позволяющих осуществлять одно- и (или) двухстороннюю передачу информации. Для потоков предусмотрен набор базовых функций. В диалекте различают символьные и двоичные потоки. В первом случае передача осуществляется по байтам, а во втором - целыми числами. Кроме стандартных потоков пользователь имеет возможность создавать и использовать собственные потоки.

В дополнение к указанным  типам данных CommonLISP имеет ряд специфических классов объектов: хэш-таблицы, обеспечивающие эффективный способ доступа к данным по ключу; READ-таблицы, обеспечивающие управление обработкой информации поступающей из входного потока Лисп-системы, и некоторые другие. Такое множество имеющихся в диалекте различных типов данных, с одной стороны, развеивает существующее ошибочное представление о языке LISP как о средстве обработки только символьной информации, а с другой - наличие мощных средств манипулирования типами данных существенно усложняет его.

Этот диалект оставлен открытым: принципиальным является то, что осталась возможность в будущем, когда подойдет время и будет достигнуто согласие, добавить новые средства и методы.

CommonLISP не является готовой программной системой в том же смысле, что и Интерлисп, поскольку вопросы среды в основном оставлены открытыми. В стандарте не определено, каким должен быть редактор или другие вспомогательные средства. Сказано лишь в самом общем виде, каким образом они вызываются. Для того чтобы обеспечить быстрое развитие, среда и инструментальные средства еще не затронуты стандартизацией, и поэтому есть возможность создавать различные среды для различных целей. CommonLISP не определяет также и интерфейс пользователя [4, 9].