Scheme er en minimalistisk dialekt av Lisp-programmeringsspråket, designet for å legge til rette for en funksjonell programmeringsstil samtidig som det fremmer en enkel og ren syntaks. Det kjennetegnes ved bruken av parenteser, et kraftig makrosystem, og en sterk vekt på rekursjon og førsteklasses prosedyrer. Språket oppmuntrer til et funksjonelt programmeringsparadigme og støtter flere programmeringsteknikker, inkludert funksjonell, imperativ og logisk programmering.
Scheme ble opprettet på 1970-tallet av Gerald Jay Sussman og Guy L. Steele Jr. ved Massachusetts Institute of Technology (MIT). Det ble utviklet som et forsøk på å forenkle og forbedre det opprinnelige Lisp-språket, som hadde blitt komplekst over tid. Motivasjonen bak Scheme var å lage et språk som ville være lettere å implementere og undervise i, samtidig som det fortsatt var kraftig nok til å uttrykke komplekse ideer.
Gjennom årene har Scheme gjennomgått ulike revisjoner og standardiseringsinnsats. Den mest bemerkelsesverdige av disse standardene er RnRS (Revisedn Reports on the Algorithmic Language Scheme), som formaliserte språket og dets funksjoner. Scheme-samfunnet har siden fortsatt å utvikle språket, noe som har ført til nyere standarder som R6RS og R7RS, som introduserte nye funksjoner og forbedringer.
Per nå er Scheme fortsatt populært i akademiske miljøer, spesielt innen datavitenskapelig utdanning, på grunn av sin eleganse og rene syntaks. Dets innflytelse kan sees i mange moderne programmeringsspråk og paradigmer. Scheme er ofte assosiert med det funksjonelle programmeringssamfunnet og har inspirert språk som Clojure og Racket, som bygde videre på prinsippene og utvidet mulighetene.
Scheme bruker en fullt parentesbasert syntaks der kode skrives i prefiksnotasjon; for eksempel skrives en addisjonsoperasjon som (+ 1 2).
Funksjoner i Scheme er førsteklasses borgere, noe som betyr at de kan sendes som argumenter eller returneres fra andre funksjoner. Eksempel:
(define (make-adder x)
(lambda (y) (+ x y)))
(define add5 (make-adder 5))
(add5 10) ; returnerer 15
Scheme støtter tail call optimalisering, som lar funksjoner gjenbruke den nåværende stakkrammen for rekursive kall som skjer i tail-posisjon, noe som forhindrer stakkoverløp.
Scheme tillater bruk av fortsettelser, som gjør det mulig for programmerere å fange den nåværende tilstanden av beregning og manipulere kontrollflyt:
(call-with-current-continuation
(lambda (exit)
(exit 'done)))
Scheme har et kraftig makrosystem som lar programmerere lage syntaktiske utvidelser. En enkel makro kan defineres som følger:
(define-syntax my-if
(syntax-rules ()
((_ test then else)
(if test then else))))
Scheme støtter dataabstraksjon gjennom strukturer som lister, par og høyere ordens funksjoner, noe som muliggjør effektiv manipulering av data.
Scheme benytter leksikalsk omfang, der omfanget av en variabel bestemmes av dens fysiske plassering i kildekoden. Dette fører til forutsigbar oppførsel når det gjelder variabelbindinger.
Scheme er dynamisk typet, noe som tillater variabler å holde verdier av hvilken som helst type uten behov for eksplisitte typeerklæringer.
Som en Lisp-dialekt er Scheme optimalisert for listebehandling, noe som gjør det enkelt å utføre operasjoner på lister:
(define my-list (list 1 2 3 4))
(car my-list) ; returnerer 1
(cdr my-list) ; returnerer (2 3 4)
Scheme-funksjoner kan defineres rekursivt med tail-posisjon for å optimalisere minnebruk og ytelse. For eksempel:
(define (factorial n)
(define (fact-helper n acc)
(if (zero? n)
acc
(fact-helper (- n 1) (* n acc))))
(fact-helper n 1))
Scheme-applikasjoner kan generelt bygges ved hjelp av den valgte implementasjonens kjøretidsmiljø. For eksempel, i Racket, kan du bruke kommandolinjeverktøyet racket for å kjøre .rkt-filer eller kompilere dem til kjørbare filer.
Flere kompilatorer og tolker er tilgjengelige for Scheme, inkludert:
Scheme brukes mye i akademia for å undervise programmeringsprinsipper og som et verktøy for forskning innen datavitenskap. Det har bruksområder innen kunstig intelligens, språkdesign og skripting, samt i ulike domener som krever symbolsk beregning eller kompleks datamanipulering.
Begge språkene støtter en funksjonell programmeringsstil, men Python legger vekt på lesbarhet og enkelhet, mens Scheme fokuserer på kraftige og konsise uttrykk. Schemes parentes-tunge syntaks kan sees på som en barriere for nybegynnere, mens Pythons innrykk-baserte syntaks generelt er mer tilgjengelig.
JavaScript støtter også funksjonell programmering og har førsteklasses funksjoner. Imidlertid har JavaScript et prototype-basert objektsystem, mens Scheme er avhengig av funksjonelle paradigmer. Schemes makrosystem tilbyr muligheter som ikke er til stede i JavaScript.
C er et lavnivå, statisk typet språk designet for systemprogrammering, mens Scheme er høynivå og dynamisk typet. C fokuserer på ytelse og maskinvare-nivå manipulering, mens Scheme legger vekt på abstraksjon og teoretiske aspekter av beregning.
Begge språkene er forankret i funksjonell programmering. Haskell bruker et mer rigid typesystem og støtter lat evaluering, mens Schemes dynamiske typing og ivrige evaluering tillater mer fleksibel programmering på bekostning av noe ytelse.
Ruby er et objektorientert programmeringsspråk som blander funksjonelle programmeringsfunksjoner, mens Scheme er rent funksjonelt. Rubys syntaks er mer omstendelig, mens Schemes enkelhet kommer fra dens minimalistiske design.
Oversettelsen av Scheme-kode til andre språk kan lettes av verktøy som forstår både Scheme-syntaks og målspråket. Noen nyttige kilde-til-kilde kodeoversettelsesverktøy inkluderer:
Chicken Scheme tilbyr en kompilator som kan oversette Scheme-kode til C, noe som gjør det mulig å utnytte C-biblioteker og lage effektive kjørbare filer.
Racket, en avledning av Scheme, har innebygde muligheter for å transformere og kompilere kode til JavaScript, noe som gjør det lettere å distribuere webapplikasjoner.
Gambit Scheme kan kompilere Scheme-kode til C og native kjørbare filer, og gir effektive oversettelsesalternativer for ytelseskritiske applikasjoner.