Lisp-02: 函数

函数（functions)

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在 Lisp 中，函数分两种：有名函数和匿名函数（lambda函数）。

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有名函数 defun

有名函数的标准定义格式为：

(defun <name> (list of arguments)
  "docstring"
  (function body))

在函数中，返回值是函数主体中的最后一个表达式的结果。与大部分语言不同的是，lisp 中的函数没有 "return xx" 这样的语句用来声明返回值。例如：

(defun hello-world ()
 ;;
 (print "hello world!"))

调用 hello-world 函数：

(hello-world)
;; "hello world!" <-- output
;; "hello world!" <-- a string is returned.

参数

• 必需参数

  与大部分语言相同，函数中需要定义一些必需参数:

  (defun hello (name)
    "Say hello to `name'."
    (format t "hello ~a !~&" name))
  ;; HELLO
  

  调用 hello

  (hello "me")
  ;; hello me !  <-- this is printed by `format`
  ;; NIL         <-- return value: `format t` prints a string to standard output  and returns nil.
  

• 可选参数：&optional

  可选参数定义在 &optional 这个关键词后面，且这些参数是有序的。如：

  (defun hello (name &optional age gender) ...)
  

  调用时需要这样调用：

  (hello "me") ;; a value for the required argument, zero optional arguments
  (hello "me" "7")  ;; a value for age
  (hello "me" 7 :h) ;; a value for age and gender
  

• 关键词参数：&key

  通常情况下，要记住函数中参数的顺序很不方便，所以就引入了关键词参数 &key <name>。通过 :name <value> 这样的方式来传递参数。如果关键词 name 的值没有设置的话，默认为 nil。

  (defun hello (name &key happy)
    "If `happy' is `t', print a smiley"
    (format t "hello ~a " name)
    (when happy
      (format t ":)~&"))
  

  所以，我们可以这样调用 hello

  (hello "me")
  (hello "me" :happy t)
  (hello "me" :happy nil) ;; useless, equivalent to (hello "me")
  

  但是 (hello "me" :happy) 是非法的。

  注：在关键词参数中，如果调用其他的关键词时，会报错，这是可以通过 &allow-other-keys 来修复。

  (defun hello (name &key happy)
    (format t "hello ~a~&" name))
  
  (hello "me" :lisper t)
  ;; => Error: unknow keyword argument
  

  (defun hello (name &key happy &allow-other-keys)
    (format t "hello ~a~&" name))
  
  (hello "me" :lisper t)
  ;; hello me
  

• 默认参数

  有时，需要将函数的某个参数设置一个默认值，这样 hello 就可以这样定义

  (defun hello (name &key (happy t)) ...)
  

  这样，调用 hello 时 happy 的值默认就是 t 了。

  • 不定参数：&rest

  在不确定参数的个数时，可以使用 &rest <variable> 这样的方式来定义，其中 &rest 后面的参数会当作一个 list 来处理。

  (defun mean (x &rest numbers)
    (/ (apply #'+ x numbers)
      (1+ (length numbers))))
  

  (mean 1)
  (mean 1 2)
  (mean 1 2 3 4 5)
  

返回值

在 Lisp 中，函数的返回值就是函数主体中最后一个表达式执行的结果。也有非标准的 return-from <function name> <value> 这样的语句，但是大部分情况下用不到。同时，Common Lisp 支持返回多个值。

返回多个值有三个关键词：values，multiple-value-bind 和 nth-value

返回多个值不是将所有的结果都放入一个元组或列表中，这是很常见的概念混淆。

• values

  (defun foo (a b c)
    a)
  (foo :a :b :c)
  ;; :A
  (defvar *res* (foo :a :b :c))
  ;; :A
  

  (defun foo (a b c)
    (values a b c))
  (foo :a :b :c)
  ;; :A
  ;; :B
  ;; :C
  (setf *res* (foo :a :b :c))
  ;; :A
  

  从上面代码可以看出，如果 foo 返回的是一个列表的话，那么 res 的值将会是 (:a :b :c) 这样一个列表，而不是 :A 这个值。

• multiple-value-list

  该关键词的作用是将返回的多个值组合成一个列表

  (multiple-value-list (values 1 2 3))
  ;; (1 2 3)
  

• values-list

  values-list 与 multiple-value-list 相反，它返回的是列表中的每个元素

  (values-list '(1 2 3))
  ;; 1
  ;; 2
  ;; 3
  

匿名函数 lambda

匿名函数的声明如下：

(lambda (x) (print x))

匿名函数的调用:

((lambda (x) (print x)) "hello")
;; hello

• funcall 和 apply

  (funcall #'+ 1 2)
  (apply #'+ '(1 2))
  

• 返回函数的函数

  (defun adder (n)
    (lambda (x) (+ x n)))
  ;; ADDER
  
  (adder 5)
  ;; #<CLOSURE (LAMBDA (X) :IN ADDER) {100994ACDB}>
  
  (funcall (adder 5) 3)
  ;; 8
  

  上面示例中，(adder 5) 返回的是一个匿名函数。但是需要使用 funcall 关键词来调用，不能想正常函数调用来调用。

  ((adder 3) 5)
  In: (ADDER 3) 5
      ((ADDER 3) 5)
  Error: Illegal
  

  Common Lisp 中提供了两个函数来查看变量或函数是否赋值/绑定：boundp 和 fboundp

  ;; The symbol foo is bound to nothing:
  CL-USER> (boundp 'foo)
  NIL
  CL-USER> (fboundp 'foo)
  NIL
  ;; We create a variable:
  CL-USER> (defparameter foo 42)
  FOO
  * foo
  42
  ;; Now foo is "bound":
  CL-USER> (boundp 'foo)
  T
  ;; but still not as a function:
  CL-USER> (fboundp 'foo)
  NIL
  ;; So let's define a function:
  CL-USER> (defun foo (x) (* x x))
  FOO
  ;; Now the symbol foo is bound as a function too:
  CL-USER> (fboundp 'foo)
  T
  ;; Get the function:
  CL-USER> (function foo)
  #<FUNCTION FOO>
  ;; and the shorthand notation:
  * #'foo
  #<FUNCTION FOO>
  ;; We call it:
  (funcall (function adder) 5)
  #<CLOSURE (LAMBDA (X) :IN ADDER) {100991761B}>
  ;; and call the lambda:
  (funcall (funcall (function adder) 5) 3)
  8
  

  注：在 Lisp 中，变量名和函数名可以相同，因为 Common Lisp 中变量和函数并不是存储在一起的，而是分开存储的。

闭包（Closure）

闭包，就是让一个函数可以使用一个 词法绑定（lexcial bindings）。On Lisp 中的定义为：函数和一组变量的绑定的组合（a combination of a function and a set of variable bindings）。 Let Over Lambda中对闭包的解读为：一个保存了词法的环境（a saved lexical environment）。 可以将闭包理解为 C 语言中的 结构体（struct）或者面向对象语言（Java/C++）中的 类（class）。

(let ((limit 3)
      (counter -1))
  (defun my-counter ()
    (if (< counter limit)
      (incf counter)
	  (setf counter 0))))

(my-counter)
0
(my-counter)
1
(my-counter)
2
(my-counter)
3
(my-counter)
0

类似的

(defun repeater (n)
  (let ((counter -1))
     (lambda ()
       (if (< counter n)
         (incf counter)
         (setf counter 0)))))

(defparameter *my-repeater* (repeater 3))
;; *MY-REPEATER*
(funcall *my-repeater*)
0
(funcall *my-repeater*)
1
(funcall *my-repeater*)
2
(funcall *my-repeater*)
3
(funcall *my-repeater*)
0