Scheme — это минималистский диалект языка программирования Lisp, разработанный для упрощения функционального стиля программирования при сохранении простой и чистой синтаксической структуры. Он характеризуется использованием скобок, мощной системой макросов и сильным акцентом на рекурсию и процедуры первого класса. Язык поощряет парадигму функционального программирования и поддерживает множество программных техник, включая функциональное, императивное и логическое программирование.
Scheme был создан в 1970-х годах Джеральдом Джеем Сассманом и Гаем Л. Стилем-младшим в Массачусетском технологическом институте (MIT). Он был разработан как попытка упростить и улучшить оригинальный язык Lisp, который со временем стал сложным. Мотивацией для создания Scheme было желание создать язык, который было бы легче реализовать и преподавать, при этом оставаясь достаточно мощным для выражения сложных идей.
На протяжении многих лет Scheme претерпел различные пересмотры и усилия по стандартизации. Наиболее заметными из этих стандартов являются RnRS (Пересмотренныеn отчеты по алгоритмическому языку Scheme), которые формализовали язык и его особенности. Сообщество Scheme продолжает развивать язык, что привело к появлению новых стандартов, таких как R6RS и R7RS, которые ввели новые функции и улучшения.
На сегодняшний день Scheme остается популярным в академической среде, особенно в области компьютерных наук, благодаря своей элегантности и чистому синтаксису. Его влияние можно увидеть во многих современных языках программирования и парадигмах. Scheme часто ассоциируется с сообществом функционального программирования и вдохновил такие языки, как Clojure и Racket, которые основывались на его принципах и расширяли его возможности.
Scheme использует полностью скобочный синтаксис, где код пишется в префиксной нотации; например, операция сложения записывается как (+ 1 2).
Функции в Scheme являются процедурами первого класса, что означает, что их можно передавать в качестве аргументов или возвращать из других функций. Пример:
(define (make-adder x)
(lambda (y) (+ x y)))
(define add5 (make-adder 5))
(add5 10) ; возвращает 15
Scheme поддерживает оптимизацию хвостовых вызовов, позволяя функциям повторно использовать текущий стек для рекурсивных вызовов, происходящих в хвостовой позиции, что предотвращает переполнение стека.
Scheme позволяет использовать продолжения, позволяя программистам захватывать текущее состояние вычислений и управлять потоком управления:
(call-with-current-continuation
(lambda (exit)
(exit 'done)))
Scheme имеет мощную систему макросов, которая позволяет программистам создавать синтаксические расширения. Простой макрос можно определить следующим образом:
(define-syntax my-if
(syntax-rules ()
((_ test then else)
(if test then else))))
Scheme поддерживает абстракцию данных через структуры, такие как списки, пары и функции высшего порядка, что позволяет эффективно манипулировать данными.
Scheme использует лексическую область видимости, где область видимости переменной определяется ее физическим местоположением в исходном коде. Это приводит к предсказуемому поведению в отношении связывания переменных.
Scheme является динамически типизированным языком, позволяя переменным хранить значения любого типа без необходимости явных объявлений типов.
Как диалект Lisp, Scheme оптимизирован для обработки списков, что упрощает выполнение операций над списками:
(define my-list (list 1 2 3 4))
(car my-list) ; возвращает 1
(cdr my-list) ; возвращает (2 3 4)
Функции Scheme могут быть определены рекурсивно с хвостовой позицией для оптимизации использования памяти и производительности. Например:
(define (factorial n)
(define (fact-helper n acc)
(if (zero? n)
acc
(fact-helper (- n 1) (* n acc))))
(fact-helper n 1))
Приложения на Scheme обычно можно создавать с использованием среды выполнения выбранной реализации. Например, в Racket вы можете использовать командный инструмент racket для запуска файлов .rkt или компиляции их в исполняемые файлы.
Существует несколько компиляторов и интерпретаторов для Scheme, включая:
Scheme широко используется в академической среде для преподавания принципов программирования и как инструмент для исследований в области компьютерных наук. Он находит применение в искусственном интеллекте, проектировании языков и скриптинге, а также в различных областях, требующих символических вычислений или сложной манипуляции данными.
Оба языка поддерживают функциональный стиль программирования, но Python акцентирует внимание на читаемости и простоте, в то время как Scheme сосредоточен на мощных и лаконичных выражениях. Синтаксис Scheme, насыщенный скобками, может восприниматься как барьер для новичков, тогда как синтаксис Python, основанный на отступах, обычно более доступен.
JavaScript также поддерживает функциональное программирование и имеет функции первого класса. Однако JavaScript имеет прототипную объектную систему, в то время как Scheme полагается на функциональные парадигмы. Система макросов Scheme предлагает возможности, отсутствующие в JavaScript.
C — это низкоуровневый, статически типизированный язык, предназначенный для системного программирования, в то время как Scheme является высокоуровневым и динамически типизированным. C акцентирует внимание на производительности и манипуляциях на уровне аппаратного обеспечения, в то время как Scheme подчеркивает абстракцию и теоретические аспекты вычислений.
Оба языка основаны на функциональном программировании. Haskell использует более строгую типизацию и поддерживает ленивую оценку, в то время как динамическая типизация и жадная оценка Scheme позволяют более гибкое программирование за счет некоторой потери производительности.
Ruby — это объектно-ориентированный язык программирования, который сочетает в себе функциональные возможности, в то время как Scheme является чисто функциональным. Синтаксис Ruby более многословен, в то время как простота Scheme проистекает из его минималистского дизайна.
Перевод кода Scheme на другие языки можно облегчить с помощью инструментов, которые понимают как синтаксис Scheme, так и целевой язык. Некоторые полезные инструменты для перевода исходного кода включают:
Chicken Scheme предоставляет компилятор, который может переводить код Scheme в C, что позволяет использовать библиотеки C и создавать эффективные исполняемые файлы.
Racket, производный от Scheme, имеет встроенные возможности для преобразования и компиляции кода в JavaScript, что упрощает развертывание веб-приложений.
Gambit Scheme может компилировать код Scheme в C и нативные исполняемые файлы, предоставляя эффективные варианты перевода для приложений, критичных к производительности.