Lisp Teil 3 (fakultativ) Ergänzungen zu Common Lispwaikiki.zhaw.ch/~rege/psp_hs19/bkrt/lisp/lisp-teil3-1p.pdf · pspp • common lisp ergänzungen • gerrit burkert • 10/2019

Zürcher Fachhochschule

Programmiersprachen und -paradigmen (PSPP)

Lisp Teil 3 (fakultativ)Ergänzungen zu Common Lisp


Status

• Dieser Teil enthält einige Ergänzungen zu Common Lisp

• Für PSPP ist dieser Teil nicht prüfungsrelevant

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Weniger funktionale Sprachelemente

• Einige Features von Common Lisp dienen eher der prozeduralen oder objektorientierten Programmierung

• Wie die meisten heutigen Programmiersprachen gehört Common Lisp zu den Multiparadigmensprachen

• Einige weitere Merkmale und Sprachelemente von Common Lisp, die wir in PSPP kaum benötigen werden, sind in diesem Foliensatz zusammengestellt



Übersicht

• Variablenbindung

• Kontrollstrukturen

• Common Lisp Object System

• Sprache anpassen: Makros

• Speicherverwaltung und Compiler



Werte an Symbole binden

• Bereits behandelt: set

• Varianten: setq, setf

• Mehr Infos in der Doku

• Bei funktionalem Programmierstil selten bis gar nicht benötigt


> (set 'figuren '(quadrat kreis dreieck))(QUADRAT KREIS DREIECK)> (setq figuren '(quadrat kreis dreieck))(QUADRAT KREIS DREIECK)> figuren(QUADRAT KREIS DREIECK)


Variablenbindung: lexikalisch

• Lexikalischer Gültigkeitsbereich (lexical scoping):In der Funktion oder im let-Block, in dem die Variable definiert wird

• Ausserhalb von Funktionen: ebenfalls lexikalisch(so praktisch nie sinnvoll!)


> (set 'regular 5)5 > (defun check-regular () regular)CHECK-REGULAR > (check-regular)5 > (let ((regular 6)) (check-regular))5


Variablenbindung: dynamisch

• Dynamischer Gültigkeitsbereich (dynamic scoping):In Common Lisp special variables genannt

• Global gültig, ausser wenn lokal überschrieben (shadowing)


> (defvar *special* 5)*SPECIAL*> (defun check-special () *special*)CHECK-SPECIAL> (check-special)5> (let ((*special* 6)) (check-special))6> (check-special)5


Übersicht








Schleifen

• Common Lisp kennt verschiedene Schleifentypen:do, dolist, dotimes, ...

• Schleifen sind prozedurale Sprachelemente und in der Regel mit Zuweisung von Werten oder Seiteneffekten verbunden

• Sie werden zum Beispiel eingesetzt, wenn die Performanz einer rekursiven Lösung nicht ausreicht


> (dotimes (n 20) (format t "*"))********************NIL


Schleifen

• In einem früheren Beispiel wurde die Fakultätsfunktion mit rekursiven Funktionsaufrufen realisiert

• Iterative Version von fakultaet mit dem Makro dotimes:

> (defun fakultaet (n)(let ((f 1))

(dotimes (i n) (setq f (* f (+ i 1))))f))

FAKULTAET



Schleifen

• dotimes, wenn eine Schleife n mal durchlaufen werden soll

• dolist, wenn eine Schleife für alle Elemente einer Liste durchlaufen werden soll:

• do ist ein mächtiges Makro zum Erzeugen von Schleifen, bei denen in jedem Schleifendurchlauf mehrere Variablen angepasst werden müssen

> (dolist (i '(23 76 22 88))(format t "- ~D -" i))

- 23 -- 76 -- 22 -- 88 -NIL



Listen

• Listen können auch gemeinsame Teilstrukturen haben

• Der Rest der Liste, also (b c), ist beiden Strukturen gemeinsam

> (setq foo (list 'a 'b 'c))

(A B C)

> (setq bar (cons 'x (cdr foo)))

(X B C)



Destruktive Operationen

• Verschiedene Listenoperationen sind destruktiv – sie verändern die als Parameter übergebenen Listen

• Beispiel: nconc ist die destruktive Variante von append

• Solche Funktionen sollten nur eingesetzt werden, wenn es absolut nötig ist (Speicherverbrauch, Performanz)


> (let ((a '(1 2 3)) (b '(10 11 12))) (nconc a b) a)(1 2 3 10 11 12)

> (let ((a '(1 2 3)) (b '(10 11 12))) (append a b) a)(1 2 3)


append vs. nconc

• append verbindet Listen nicht-destruktiv: Listenstrukturen werden bei Bedarf werden kopiert

• nconc verbindet Listen destruktiv: Der letzte Zeiger der ersten Liste wird auf die zweite Liste umgebogen

• Die beiden Zeiger einer cons-Zelle können mit rplaca und rplacd auch direkt ersetzt werden

> a(1 2 3 4)

> b(11 12 13)

> (append a b)(1 2 3 4 11 12 13)

> (nconc a b)(1 2 3 4 11 12 13)

> a(1 2 3 4 11 12 13)



Mapping Funktionen

• mapcar und maplist wurden bereits erwähnt

• mapc und mapl entsprechen mapcar und maplist, erzeugen aber keine Ausgabeliste

• mapcan und mapcon entsprechen mapcar und maplist, die Funktionsergebnisse werden aber mit nconc (destruktiv) verknüpft

> (mapc #'evenp '(1 2 3))

(1 2 3)

> (mapc #'princ '(1 2 3))

123

(1 2 3)



Verzweigungen

• Makros when und unless, wenn nur einer der beiden Zweige benötigt wird:

(if <predicate> <then-part> <else-part> )(when <predicate> <then-part>+ )(unless <predicate> <else-part>+ )

• Zwei weitere Makros case und typecase wählen einen Zweig anhand von Listen möglicher Werte bzw. anhand des Argumenttyps aus



Anweisungssequenzen

• prog1 und progn fassen mehrere Anweisungen zusammen

• prog1 gibt als Ergebnis den Wert des ersten Ausdrucks, progn des letzten Ausdrucks der Sequenz zurück

> (prog1 (setq obj-a 'wuerfel)(setq obj-b 'wuerfel)(setq obj-c 'kugel))

WUERFEL



Übersicht








Lisp objektorientiert...

• CLOS steht für Common Lisp Object System

• Es erlaubt objektorientierte Programmierung in Common Lisp

• Wichtigste Bestandteile: Klassen, Instanzen, generische Funktionen, Methoden

• Multiple Vererbung

• Meta-Object Protocol: Metaklassen, die Klassen von Klassen sind



Lisp objektorientiert...

> (defclass 3d-point ()((x :reader get-x :writer set-x)(y :reader get-y :writer set-y)(z :reader get-z :writer set-z)))

#<STANDARD-CLASS 3D-POINT>

> (let ((a-point (make-instance '3d-point)))(set-z 3 a-point)(get-z a-point))

3



Übersicht








Makros

• Neben Funktionen gibt es in Lisp auch Makros

• Diese werden zuerst expandiert und dann ausgewertet

• Einführen eigener Sprachkonstrukte

• Sehr flexibel, aber eher für Fortgeschrittene

• Hier nicht weiter betrachtet...

(defmacro my-push (element stack)

`(setq ,stack (cons ,element ,stack)))



Makros: Beispiel

• Makro defnet zum Anlegen von Augmented Transition Networks(aus: ATN-Interpreter, G. Burkert, 1993/1994)

• Anwendung in einem Text-Scanner:


(defnet sentence (sent)(optional*(either (seq (push word :do (push -current- sent))

(either(word "." :test (test-abbrev (car sent))

:do (setq sent (push (test-abbrev (car sent))(cdr sent))))


Übersicht








Dynamische Speicherverwaltung

• Man muss sich nicht um die Speicherverwaltung kümmern

• Der Garbage Collector gibt nicht mehr referenzierbareSpeicherzellen frei

(let ((x (list 1 2 3 4 5)))(print x))

• Nach dem Ausführen dieses Ausdrucks ist die Liste nicht mehr zugreifbar, ihr Speicherplatz kann also wieder freigegeben werden



Compiler

• Mit Hilfe eines Compilers kann je nach Implementierung direkt Maschinencode oder ein Bytecode erzeugt werden

• Die Wirkungsweise ist stark von der jeweiligen Lisp-Implementierung abhängig

• Mit compile werden einzelne Ausdrücke übersetzt

• Mit compile-file werden ganze Dateien mit Lisp-Code übersetzt

> (defun add1 (n) (1+ n))ADD1> (compile 'add1)ADD1



Disassembler

> (disassemble 'add1)

Disassembly of function ADD11 required argument0 optional argumentsNo rest parameterNo keyword parameters3 byte-code instructions:0 (LOAD&PUSH 1)1 (CALLS2 151) ; 1+3 (SKIP&RET 2)NIL

> (disassemble 'add1)

(TWNEI NARGS 4)(MFLR LOC-PC)(BLA .SPSAVECONTEXTVSP)(VPUSH ARG_Z)(LWZ NARGS 331 RNIL)(TWGTI NARGS 0)(LI ARG_Y '1)(LWZ ARG_Z 0 VSP)(BLA .SPRESTORECONTEXT)(MTLR LOC-PC)(BA .SPBUILTIN-PLUS)

(andere Plattform)


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