ภาษาการเขียนโปรแกรม Lisp

ภาพรวม

Lisp ซึ่งย่อมาจาก "LISt Processing" เป็นครอบครัวของภาษาการเขียนโปรแกรมที่มีไวยากรณ์ที่โดดเด่นซึ่งใช้วงเล็บเป็นหลัก โดยมุ่งเน้นไปที่การจัดการสัญลักษณ์และรายการ มันเป็นหนึ่งในภาษาการเขียนโปรแกรมระดับสูงที่เก่าแก่ที่สุด ซึ่งถูกคิดค้นขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1950 และได้พัฒนาอย่างมากในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา Lisp เป็นที่รู้จักเป็นพิเศษสำหรับคุณสมบัติที่ทรงพลัง เช่น การกำหนดประเภทแบบไดนามิก การจัดการขยะ และฟังก์ชันระดับหนึ่ง ทำให้มันเหมาะสำหรับการวิจัย AI การคำนวณเชิงสัญลักษณ์ และการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว

ด้านประวัติศาสตร์

การสร้างและวิวัฒนาการ

Lisp ถูกสร้างขึ้นโดย John McCarthy ในปี 1958 เป็นการบันทึกทางคณิตศาสตร์สำหรับโปรแกรมคอมพิวเตอร์และเป็นวิธีการที่ใช้ได้จริงในการนำ AI ไปใช้ ภาษาได้รับการพัฒนามาจากแคลคูลัสแลมบ์ดา ซึ่งเป็นระบบทางการในตรรกะทางคณิตศาสตร์และวิทยาการคอมพิวเตอร์ การนำไปใช้ครั้งแรกเกิดขึ้นบน IBM 704 และไม่นานหลังจากนั้นก็มีการเกิดขึ้นของหลายสำเนียง โดยแต่ละสำเนียงก็ได้เพิ่มคุณสมบัติและความซับซ้อนของตนเอง

สำเนียงและความสัมพันธ์กับภาษาอื่น

สำเนียงที่โดดเด่นหลายตัวของ Lisp ได้เกิดขึ้นในช่วงเวลาต่าง ๆ รวมถึง Common Lisp และ Scheme Common Lisp ได้รับการมาตรฐานในทศวรรษ 1980 เพื่อรวมสำเนียงต่าง ๆ ในขณะที่ Scheme ซึ่งเน้นการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันและความเรียบง่าย ได้รับความนิยมในวงการวิชาการ อิทธิพลของ Lisp สามารถเห็นได้ในหลายภาษาการเขียนโปรแกรมสมัยใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาษาที่สนับสนุนพาราไดม์การเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน เช่น Clojure, Racket และแม้แต่ภาษาที่เหมือน Python และ Ruby

สถานะปัจจุบัน

ในปัจจุบัน Lisp ไม่ได้เป็นหนึ่งในภาษาการเขียนโปรแกรมที่ได้รับความนิยมมากที่สุด แต่ยังคงมีอิทธิพล โดยเฉพาะในด้านการวิจัย AI และการศึกษา ชุมชนยังคงพัฒนาสำเนียงใหม่ ๆ เช่น Clojure ซึ่งทำงานบน Java Virtual Machine (JVM) และมุ่งเน้นไปที่การเขียนโปรแกรมแบบขนาน

คุณสมบัติของไวยากรณ์

วงเล็บและ S-expressions

Lisp ใช้ไวยากรณ์ที่ไม่เหมือนใครโดยใช้วงเล็บเพื่อแสดงถึงนิพจน์ โดยมีโค้ดที่แสดงในรูปแบบสัญลักษณ์ (S-expressions) ตัวอย่างเช่น:

(+ 1 2)

นิพจน์นี้แสดงถึงการบวก 1 และ 2

ฟังก์ชันระดับหนึ่ง

ฟังก์ชันใน Lisp สามารถถูกส่งเป็นอาร์กิวเมนต์ คืนค่าจากฟังก์ชันอื่น และถูกกำหนดให้กับตัวแปร:

(defun square (x) (* x x))
(mapcar #'square '(1 2 3 4)) ; คืนค่า (1 4 9 16)

การกำหนดประเภทแบบไดนามิก

Lisp มีการกำหนดประเภทแบบไดนามิก ซึ่งอนุญาตให้ตัวแปรเก็บค่าของประเภทข้อมูลใด ๆ โดยไม่ต้องประกาศล่วงหน้า:

(setq x 10) ; x ตอนนี้เป็นตัวเลข
(setq x "hello") ; x ตอนนี้เป็นสตริง

แมโคร

Lisp มีระบบแมโครที่ทรงพลังซึ่งอนุญาตให้นักพัฒนาสร้างโครงสร้างทางไวยากรณ์ที่กำหนดเอง:

(defmacro when (condition &body body)
  `(if ,condition
       (progn ,@body))
)

นิพจน์เงื่อนไข

รูปแบบ if และ cond ช่วยในการควบคุมการไหลใน Lisp:

(if (> x 0)
    (print "Positive")
    (print "Non-positive"))

รายการเป็นพลเมืองระดับหนึ่ง

Lisp ถือว่ารายการเป็นโครงสร้างข้อมูลพื้นฐาน:

(setq my-list '(1 2 3 4))
(car my-list) ; คืนค่า 1
(cdr my-list) ; คืนค่า (2 3 4)

การกำหนดฟังก์ชัน

ฟังก์ชันถูกกำหนดโดยใช้โครงสร้าง defun:

(defun factorial (n)
   (if (= n 0)
       1
       (* n (factorial (- n 1)))))

ระบบวัตถุ

Common Lisp รวมถึงระบบวัตถุที่เรียกว่า Common Lisp Object System (CLOS):

(defclass person ()
  ((name :initarg :name :accessor person-name)
   (age :initarg :age :accessor person-age)))

(defmethod say-hello ((p person))
  (format t "Hello, my name is ~A and I'm ~A years old." 
          (person-name p) (person-age p)))

การจัดการข้อผิดพลาด

Lisp มีกลไกการจัดการข้อผิดพลาดที่ซับซ้อนโดยใช้ handler-case:

(handler-case 
   (/ 1 0)
   (division-by-zero () (print "Caught division by zero!")))

การต่อเนื่อง

การต่อเนื่องได้รับการสนับสนุนในบางสำเนียง ซึ่งอนุญาตให้โปรแกรมบันทึกและกู้คืนสถานะการทำงาน:

(call-with-current-continuation
  (lambda (k)
    (k 10)))

เครื่องมือและรันไทม์สำหรับนักพัฒนา

IDEs และคอมไพเลอร์

มี Integrated Development Environments (IDEs) และคอมไพเลอร์หลายตัวที่รองรับการเขียนโปรแกรม Lisp ตัวเลือกที่ได้รับความนิยม ได้แก่:

การสร้างโปรเจกต์และโค้ดต้นฉบับ

ในการสร้างโปรเจกต์ Lisp คุณมักจะสร้างไฟล์ที่มีนามสกุล ".lisp" หรือ ".lsp" โดยใช้ SBCL กระบวนการทำงานทั่วไปอาจเกี่ยวข้องกับการโหลดโปรเจกต์ของคุณจาก REPL:

(load "my-project.lisp")

สำหรับโปรเจกต์ที่ใช้ Quicklisp ซึ่งเป็นผู้จัดการไลบรารี การจัดการและโหลดการพึ่งพาสามารถทำได้อย่างง่ายดาย

การใช้งานของ Lisp

Lisp เป็นที่รู้จักเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานในด้านปัญญาประดิษฐ์ การคำนวณเชิงสัญลักษณ์ และการศึกษา แต่ยังมีการใช้งานใน:

การเปรียบเทียบกับภาษาอื่น

Lisp มักถูกเปรียบเทียบกับ:

เคล็ดลับการแปลจากแหล่งสู่แหล่ง

การแปลจาก Lisp ไปยังภาษาอื่นมักทำโดยใช้เครื่องมือการแปลจากแหล่งสู่แหล่ง ตัวอย่างเช่น เครื่องมือดังต่อไปนี้มีอยู่:

เครื่องมือแต่ละตัวนี้มีการแมพเฉพาะที่ทำให้มั่นใจว่าฟังก์ชันหลักของ Lisp สามารถแสดงผลได้อย่างมีประสิทธิภาพในภาษาที่กำหนดเป้าหมาย สำหรับการแปลที่ซับซ้อนมากขึ้น อาจต้องมีการปรับโครงสร้างด้วยตนเอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโค้ดที่มีการเพิ่มประสิทธิภาพด้วยแมโครอย่างมาก