Scheme เป็นภาษาที่มีลักษณะมินิมัลลิสต์ของภาษา Lisp ซึ่งออกแบบมาเพื่อสนับสนุนสไตล์การเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันในขณะที่ส่งเสริมไวยากรณ์ที่เรียบง่ายและชัดเจน มันมีลักษณะเด่นที่การใช้วงเล็บ ระบบแมโครที่ทรงพลัง และการเน้นย้ำที่การเรียกซ้ำและฟังก์ชันระดับหนึ่ง ภาษา Scheme สนับสนุนพาราดีมการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันและรองรับเทคนิคการเขียนโปรแกรมหลายรูปแบบ รวมถึงการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน การเขียนโปรแกรมเชิงชี้นำ และการเขียนโปรแกรมเชิงตรรกะ
Scheme ถูกสร้างขึ้นในปี 1970 โดย Gerald Jay Sussman และ Guy L. Steele Jr. ที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) มันถูกพัฒนาขึ้นเพื่อพยายามทำให้ภาษา Lisp ดั้งเดิมง่ายขึ้นและดีขึ้น ซึ่งได้เติบโตซับซ้อนขึ้นตามเวลา แรงจูงใจเบื้องหลัง Scheme คือการสร้างภาษาที่จะง่ายต่อการนำไปใช้และสอน ในขณะที่ยังคงมีความสามารถเพียงพอในการแสดงแนวคิดที่ซับซ้อน
ตลอดหลายปีที่ผ่านมา Scheme ได้ผ่านการปรับปรุงและความพยายามในการมาตรฐานหลายครั้ง มาตรฐานที่โดดเด่นที่สุดคือ RnRS (Revisedn Reports on the Algorithmic Language Scheme) ซึ่งได้ทำให้ภาษานี้เป็นทางการและมีคุณสมบัติที่ชัดเจน ชุมชน Scheme ยังคงพัฒนาภาษาอย่างต่อเนื่อง นำไปสู่มาตรฐานใหม่ ๆ เช่น R6RS และ R7RS ซึ่งได้แนะนำคุณสมบัติใหม่และการปรับปรุง
จนถึงปัจจุบัน Scheme ยังคงเป็นที่นิยมในสภาพแวดล้อมทางวิชาการ โดยเฉพาะในการศึกษาวิทยาการคอมพิวเตอร์ เนื่องจากความสง่างามและไวยากรณ์ที่เรียบง่าย อิทธิพลของมันสามารถเห็นได้ในหลายภาษาการเขียนโปรแกรมและพาราดีมสมัยใหม่ Scheme มักถูกเชื่อมโยงกับชุมชนการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันและได้สร้างแรงบันดาลใจให้กับภาษาต่าง ๆ เช่น Clojure และ Racket ซึ่งได้สร้างขึ้นจากหลักการของมันและขยายความสามารถของมัน
Scheme ใช้ไวยากรณ์ที่ใช้วงเล็บทั้งหมด โดยที่โค้ดจะเขียนในรูปแบบการเรียกแบบพรีฟิก เช่น การดำเนินการบวกจะเขียนเป็น (+ 1 2)
ฟังก์ชันใน Scheme เป็นพลเมืองระดับหนึ่ง หมายความว่ามันสามารถถูกส่งเป็นอาร์กิวเมนต์หรือส่งคืนจากฟังก์ชันอื่น ตัวอย่าง:
(define (make-adder x)
(lambda (y) (+ x y)))
(define add5 (make-adder 5))
(add5 10) ; คืนค่า 15
Scheme รองรับการเพิ่มประสิทธิภาพการเรียกซ้ำ ซึ่งอนุญาตให้ฟังก์ชันใช้เฟรมสแต็กปัจจุบันสำหรับการเรียกซ้ำที่เกิดขึ้นในตำแหน่งท้าย ซึ่งช่วยป้องกันการล้นสแต็ก
Scheme อนุญาตให้ใช้การส่งต่อการดำเนินการ ซึ่งช่วยให้นักพัฒนาสามารถจับสถานะปัจจุบันของการคำนวณและจัดการการไหลของการควบคุม:
(call-with-current-continuation
(lambda (exit)
(exit 'done)))
Scheme มีระบบแมโครที่ทรงพลังซึ่งอนุญาตให้นักพัฒนาสร้างการขยายไวยากรณ์ แมโครง่าย ๆ สามารถกำหนดได้ดังนี้:
(define-syntax my-if
(syntax-rules ()
((_ test then else)
(if test then else))))
Scheme สนับสนุนการทำให้ข้อมูลเป็นนามธรรมผ่านโครงสร้างต่าง ๆ เช่น รายการ คู่ และฟังก์ชันระดับสูง ซึ่งช่วยให้การจัดการข้อมูลมีประสิทธิภาพ
Scheme ใช้การกำหนดขอบเขตทางเล็กซิคัล ซึ่งขอบเขตของตัวแปรจะถูกกำหนดโดยตำแหน่งทางกายภาพในโค้ดต้นฉบับ ซึ่งนำไปสู่พฤติกรรมที่คาดเดาได้เกี่ยวกับการผูกตัวแปร
Scheme เป็นภาษาที่กำหนดประเภทแบบไดนามิก ซึ่งอนุญาตให้ตัวแปรถือค่าของประเภทใด ๆ โดยไม่ต้องมีการประกาศประเภทอย่างชัดเจน
ในฐานะที่เป็นภาษาย่อยของ Lisp Scheme ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการประมวลผลรายการ ทำให้สามารถดำเนินการกับรายการได้ง่าย:
(define my-list (list 1 2 3 4))
(car my-list) ; คืนค่า 1
(cdr my-list) ; คืนค่า (2 3 4)
ฟังก์ชันใน Scheme สามารถกำหนดให้เรียกซ้ำได้โดยมีตำแหน่งท้ายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้หน่วยความจำและประสิทธิภาพ ตัวอย่าง:
(define (factorial n)
(define (fact-helper n acc)
(if (zero? n)
acc
(fact-helper (- n 1) (* n acc))))
(fact-helper n 1))
แอปพลิเคชัน Scheme สามารถสร้างได้โดยทั่วไปโดยใช้สภาพแวดล้อมการรันไทม์ของการนำไปใช้ที่เลือก ตัวอย่างเช่น ใน Racket คุณสามารถใช้เครื่องมือบรรทัดคำสั่ง racket เพื่อรันไฟล์ .rkt หรือคอมไพล์เป็นไฟล์ที่สามารถทำงานได้
มีคอมไพเลอร์และอินเตอร์พรีเตอร์หลายตัวที่มีให้สำหรับ Scheme รวมถึง:
Scheme ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในสถาบันการศึกษาเพื่อสอนหลักการเขียนโปรแกรมและเป็นเครื่องมือสำหรับการวิจัยในวิทยาการคอมพิวเตอร์ มันมีการใช้งานในด้านปัญญาประดิษฐ์ การออกแบบภาษา และการเขียนสคริปต์ รวมถึงในหลายโดเมนที่ต้องการการคำนวณเชิงสัญลักษณ์หรือการจัดการข้อมูลที่ซับซ้อน
ทั้งสองภาษาให้การสนับสนุนสไตล์การเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน แต่ Python เน้นความอ่านง่ายและความเรียบง่าย ในขณะที่ Scheme มุ่งเน้นไปที่การแสดงออกที่ทรงพลังและกระชับ ไวยากรณ์ที่มีวงเล็บมากของ Scheme อาจถูกมองว่าเป็นอุปสรรคสำหรับผู้เริ่มต้น ในขณะที่ไวยากรณ์ที่ใช้การเยื้องของ Python โดยทั่วไปจะเข้าถึงได้มากกว่า
JavaScript ก็สนับสนุนการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันและมีฟังก์ชันระดับหนึ่ง อย่างไรก็ตาม JavaScript มีระบบวัตถุที่อิงจากโปรโตไทป์ ในขณะที่ Scheme พึ่งพาพาราดีมเชิงฟังก์ชัน ระบบแมโครของ Scheme มีความสามารถที่ไม่มีใน JavaScript
C เป็นภาษาระดับต่ำที่มีการกำหนดประเภทแบบคงที่ซึ่งออกแบบมาสำหรับการเขียนโปรแกรมระบบ ในขณะที่ Scheme เป็นภาษาระดับสูงและมีการกำหนดประเภทแบบไดนามิก C มุ่งเน้นไปที่ประสิทธิภาพและการจัดการระดับฮาร์ดแวร์ ในขณะที่ Scheme เน้นการทำให้เป็นนามธรรมและแง่มุมทางทฤษฎีของการคำนวณ
ทั้งสองภาษามีรากฐานมาจากการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน Haskell ใช้ระบบประเภทที่เข้มงวดมากขึ้นและสนับสนุนการประเมินแบบขี้เกียจ ในขณะที่การกำหนดประเภทแบบไดนามิกและการประเมินแบบกระตือรือร้นของ Scheme อนุญาตให้มีการเขียนโปรแกรมที่ยืดหยุ่นมากขึ้นแม้จะมีค่าใช้จ่ายด้านประสิทธิภาพบางอย่าง
Ruby เป็นภาษาการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุที่ผสมผสานคุณสมบัติการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน ในขณะที่ Scheme เป็นภาษาที่เชิงฟังก์ชันอย่างแท้จริง ไวยากรณ์ของ Ruby มีความยาวมากกว่า ในขณะที่ความเรียบง่ายของ Scheme มาจากการออกแบบที่มินิมัลลิสต์
การแปลโค้ด Scheme ไปยังภาษาต่าง ๆ สามารถทำได้ง่ายขึ้นโดยใช้เครื่องมือที่เข้าใจทั้งไวยากรณ์ของ Scheme และภาษาที่เป็นเป้าหมาย เครื่องมือการแปลโค้ดจากแหล่งข้อมูลสู่แหล่งข้อมูลที่มีประโยชน์บางอย่าง ได้แก่:
Chicken Scheme มีคอมไพเลอร์ที่สามารถแปลโค้ด Scheme เป็น C ทำให้สามารถใช้ไลบรารี C และสร้างไฟล์ที่สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
Racket ซึ่งเป็นภาษาที่พัฒนามาจาก Scheme มีความสามารถในตัวสำหรับการแปลงและคอมไพล์โค้ดเป็น JavaScript ทำให้การนำแอปพลิเคชันเว็บไปใช้งานได้ง่ายขึ้น
Gambit Scheme สามารถคอมไพล์โค้ด Scheme เป็น C และไฟล์ที่สามารถทำงานได้ ทำให้มีตัวเลือกการแปลที่มีประสิทธิภาพสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการประสิทธิภาพสูง