您将在这里找到关于lisp宏的全面辩论。

这篇文章的一个有趣的子集:

In most programming languages, syntax is complex. Macros have to take apart program syntax, analyze it, and reassemble it. They do not have access to the program's parser, so they have to depend on heuristics and best-guesses. Sometimes their cut-rate analysis is wrong, and then they break. But Lisp is different. Lisp macros do have access to the parser, and it is a really simple parser. A Lisp macro is not handed a string, but a preparsed piece of source code in the form of a list, because the source of a Lisp program is not a string; it is a list. And Lisp programs are really good at taking apart lists and putting them back together. They do this reliably, every day. Here is an extended example. Lisp has a macro, called "setf", that performs assignment. The simplest form of setf is (setf x whatever) which sets the value of the symbol "x" to the value of the expression "whatever". Lisp also has lists; you can use the "car" and "cdr" functions to get the first element of a list or the rest of the list, respectively. Now what if you want to replace the first element of a list with a new value? There is a standard function for doing that, and incredibly, its name is even worse than "car". It is "rplaca". But you do not have to remember "rplaca", because you can write (setf (car somelist) whatever) to set the car of somelist. What is really happening here is that "setf" is a macro. At compile time, it examines its arguments, and it sees that the first one has the form (car SOMETHING). It says to itself "Oh, the programmer is trying to set the car of somthing. The function to use for that is 'rplaca'." And it quietly rewrites the code in place to: (rplaca somelist whatever)

Lisp宏允许您决定何时(如果有的话)对任何部分或表达式求值。举个简单的例子，想想C语言:

expr1 && expr2 && expr3 ...

它说的是:计算expr1，并且，如果它是正确的，计算expr2，等等。

现在试着把这个&&变成一个函数…没错，你不能。像这样调用:

and(expr1, expr2, expr3)

将在产生答案之前评估所有三个表达式，而不管expr1是否为假!

使用lisp宏，你可以编写如下代码:

(defmacro && (expr1 &rest exprs)
    `(if ,expr1                     ;` Warning: I have not tested
         (&& ,@exprs)               ;   this and might be wrong!
         nil))

现在你有一个&&，你可以像函数一样调用它，它不会计算你传递给它的任何表单，除非它们都为真。

要了解这是如何有用的，请进行对比:

(&& (very-cheap-operation)
    (very-expensive-operation)
    (operation-with-serious-side-effects))

and:

and(very_cheap_operation(),
    very_expensive_operation(),
    operation_with_serious_side_effects());

你可以用宏做的其他事情是创建新的关键字和/或迷你语言(例如，查看(loop…)宏)，将其他语言集成到lisp中，例如，你可以编写一个宏，让你这样说:

(setvar *rows* (sql select count(*)
                      from some-table
                     where column1 = "Yes"
                       and column2 like "some%string%")

这还没有涉及到Reader宏。

希望这能有所帮助。

通用Lisp宏本质上扩展了代码的“语法原语”。

例如，在C语言中，switch/case结构只适用于整型，如果你想将它用于浮点数或字符串，你就只能使用嵌套的if语句和显式比较。你也不可能编写一个C宏来为你做这项工作。

但是，由于lisp宏(本质上)是一个lisp程序，它接受代码片段作为输入，并返回代码来替换宏的“调用”，因此您可以尽可能地扩展您的“原语”库，通常最终会得到一个更可读的程序。

要在C中做同样的事情，您必须编写一个自定义预处理器，它会吃掉您的初始(不完全是C)源代码，并吐出C编译器可以理解的东西。这不是一种错误的方法，但它不一定是最简单的。

lisp宏以程序片段作为输入。这个程序片段被表示为一个数据结构，可以按照您喜欢的任何方式进行操作和转换。最后，宏输出另一个程序片段，这个片段是在运行时执行的。

c#没有宏功能，但是如果编译器将代码解析为CodeDOM树，并将其传递给一个方法，该方法将其转换为另一个CodeDOM，然后将其编译为IL，则会有等效的宏功能。

这可以用来实现“糖”语法，如for each-statement using-clause, linq select-expressions等等，作为转换为底层代码的宏。

如果Java有宏，您就可以在Java中实现Linq语法，而不需要Sun更改基本语言。

下面是在c#中实现lisp风格的宏的伪代码:

define macro "using":
    using ($type $varname = $expression) $block
into:
    $type $varname;
    try {
       $varname = $expression;
       $block;
    } finally {
       $varname.Dispose();
    }

想想在C或c++中可以用宏和模板做什么。它们是管理重复代码的非常有用的工具，但它们在相当严重的方面受到限制。

有限的宏/模板语法限制了它们的使用。例如，不能编写扩展为类或函数以外内容的模板。宏和模板不容易维护内部数据。 C和c++复杂且不规则的语法使得编写非常通用的宏非常困难。

Lisp和Lisp宏解决了这些问题。

Lisp宏是用Lisp编写的。您拥有Lisp的全部功能来编写宏。 Lisp有一个非常规则的语法。

与任何精通c++的人交谈，问他们花了多长时间来学习模板元编程所需的所有模板。或者是《现代c++设计》等(优秀)书籍中的所有疯狂技巧，尽管语言已经标准化了10年，但这些技巧仍然很难调试，而且(在实践中)无法在真实的编译器之间移植。如果用于元编程的语言与用于编程的语言相同，那么所有这些问题都消失了!

我不确定我能给每个人的(优秀的)帖子添加一些见解，但是……

Lisp宏工作得很好，因为Lisp语法的本质。

Lisp是一种非常规则的语言(把所有东西都想象成一个列表);宏使您能够将数据和代码视为相同的(不需要字符串解析或其他技巧来修改lisp表达式)。将这两个特性结合起来，就有了一种非常简洁的方式来修改代码。

编辑:我想说的是Lisp是同构的，这意味着Lisp程序的数据结构是用Lisp本身编写的。

因此，您最终可以在语言之上创建自己的代码生成器，使用语言本身的所有功能(例如。在Java中，你必须破解字节码编织的方法，尽管一些框架(如AspectJ)允许你使用不同的方法来做到这一点，但它基本上是一种破解)。

在实践中，使用宏可以在lisp的基础上构建自己的迷你语言，而不需要学习其他语言或工具，并使用语言本身的全部功能。

简而言之，宏是代码的转换。它们允许引入许多新的语法结构。例如，考虑c#中的LINQ。在lisp中，有类似的由宏实现的语言扩展(例如，内置循环构造，迭代)。宏显著地减少了代码重复。宏允许嵌入«小语言»(例如，在c#/java中可以使用xml进行配置，在lisp中可以使用宏实现同样的事情)。宏可能隐藏使用库的困难。

例如，在lisp中你可以写

(iter (for (id name) in-clsql-query "select id, name from users" on-database *users-database*)
      (format t "User with ID of ~A has name ~A.~%" id name))

这隐藏了所有数据库的东西(事务，正确的连接关闭，获取数据等)，而在c#中，这需要创建SqlConnections, SqlCommands，将SqlParameters添加到SqlCommands，在SqlDataReaders上循环，正确地关闭它们。

Lisp宏代表了几乎在任何大型编程项目中都会出现的一种模式。最终，在一个大的程序中，你会有一段代码，你会意识到，如果你写一个程序，把源代码输出为文本，然后你就可以粘贴进去，这会更简单，更不容易出错。

在Python中，对象有两个方法__repr__和__str__。__str__只是人类可读的表示。__repr__返回一个有效的Python代码表示，也就是说，可以作为有效的Python输入解释器。通过这种方式，您可以创建一些小的Python代码片段，生成可以粘贴到实际源代码中的有效代码。

在Lisp中，整个过程由宏系统形式化。当然，它允许您为语法创建扩展并执行各种奇特的事情，但它的实际用处可以从上面总结出来。当然，Lisp宏系统允许您使用整个语言的全部功能来操作这些“片段”是有帮助的。

我认为我从来没有见过比这个家伙解释得更好的Lisp宏:http://www.defmacro.org/ramblings/lisp.html

简而言之，宏用于定义通用Lisp或领域特定语言(dsl)的语言语法扩展。这些语言直接嵌入到现有的Lisp代码中。现在，dsl可以具有与Lisp相似的语法(如Peter Norvig的用于通用Lisp的Prolog解释器)，也可以具有完全不同的语法(例如用于Clojure的中缀符号数学)。

这里有一个更具体的例子:Python在语言中内置了列表推导式。这为常见情况提供了简单的语法。这条线

divisibleByTwo = [x for x in range(10) if x % 2 == 0]

生成一个包含0到9之间所有偶数的列表。在Python 1.5版本中还没有这样的语法;你可以使用类似这样的语句:

divisibleByTwo = []
for x in range( 10 ):
   if x % 2 == 0:
      divisibleByTwo.append( x )

它们在功能上是等价的。让我们暂停怀疑，假设Lisp有一个非常有限的循环宏，它只做迭代，没有简单的方法来做等价的列表推导。

在Lisp中，您可以编写如下代码。我应该指出，这个虚构的例子与Python代码相同，而不是Lisp代码的好例子。

;; the following two functions just make equivalent of Python's range function
;; you can safely ignore them unless you are running this code
(defun range-helper (x)
  (if (= x 0)
      (list x)
      (cons x (range-helper (- x 1)))))

(defun range (x)
  (reverse (range-helper (- x 1))))

;; equivalent to the python example:
;; define a variable
(defvar divisibleByTwo nil)

;; loop from 0 upto and including 9
(loop for x in (range 10)
   ;; test for divisibility by two
   if (= (mod x 2) 0) 
   ;; append to the list
   do (setq divisibleByTwo (append divisibleByTwo (list x))))

在我进一步讨论之前，我应该更好地解释什么是宏。它是一个代码对一个代码执行的转换。也就是说，由解释器(或编译器)读取的一段代码，将代码作为参数，进行操作并返回结果，然后在适当的位置运行。

当然，这需要大量的输入，而且程序员很懒。所以我们可以定义DSL来做列表推导。事实上，我们已经在使用一个宏(循环宏)。

Lisp defines a couple of special syntax forms. The quote (') indicates the next token is a literal. The quasiquote or backtick (`) indicates the next token is a literal with escapes. Escapes are indicated by the comma operator. The literal '(1 2 3) is the equivalent of Python's [1, 2, 3]. You can assign it to another variable or use it in place. You can think of `(1 2 ,x) as the equivalent of Python's [1, 2, x] where x is a variable previously defined. This list notation is part of the magic that goes into macros. The second part is the Lisp reader which intelligently substitutes macros for code but that is best illustrated below:

因此，我们可以定义一个名为lcomp(列表理解的缩写)的宏。它的语法将完全像我们在示例中使用的python [x for x in range(10) if x % 2 == 0] - (lcomp x for x in (range 10) if (= (% x 2) 0)))

(defmacro lcomp (expression for var in list conditional conditional-test)
  ;; create a unique variable name for the result
  (let ((result (gensym)))
    ;; the arguments are really code so we can substitute them 
    ;; store nil in the unique variable name generated above
    `(let ((,result nil))
       ;; var is a variable name
       ;; list is the list literal we are suppose to iterate over
       (loop for ,var in ,list
            ;; conditional is if or unless
            ;; conditional-test is (= (mod x 2) 0) in our examples
            ,conditional ,conditional-test
            ;; and this is the action from the earlier lisp example
            ;; result = result + [x] in python
            do (setq ,result (append ,result (list ,expression))))
           ;; return the result 
       ,result)))

现在我们可以在命令行执行:

CL-USER> (lcomp x for x in (range 10) if (= (mod x 2) 0))
(0 2 4 6 8)

很整洁，是吧?现在还不止于此。你有一个装置，或者画笔，如果你喜欢的话。你可以使用任何你想要的语法。就像Python或c#的语法一样。或者。net的LINQ语法。最终，这就是Lisp吸引人们的地方——极致的灵活性。

In python you have decorators, you basically have a function that takes another function as input. You can do what ever you want: call the function, do something else, wrap the function call in a resource acquire release, etc. but you don't get to peek inside that function. Say we wanted to make it more powerful, say your decorator received the code of the function as a list then you could not only execute the function as is but you can now execute parts of it, reorder lines of the function etc.

我从通用的lisp烹饪书中得到了这个，我认为它解释了为什么lisp宏是有用的。

宏是一段普通的Lisp代码，它对另一段假定的Lisp代码进行操作，将其翻译成(更接近于)可执行的Lisp。这听起来可能有点复杂，所以让我们举一个简单的例子。假设您想要一个版本的setq，将两个变量设置为相同的值。所以如果你写

(setq2 x y (+ z 3))

当z=8时，x和y都被设为11。(我想不出这有什么用，但这只是一个例子。)

It should be obvious that we can't define setq2 as a function. If x=50 and y=-5, this function would receive the values 50, -5, and 11; it would have no knowledge of what variables were supposed to be set. What we really want to say is, When you (the Lisp system) see (setq2 v1 v2 e), treat it as equivalent to (progn (setq v1 e) (setq v2 e)). Actually, this isn't quite right, but it will do for now. A macro allows us to do precisely this, by specifying a program for transforming the input pattern (setq2 v1 v2 e)" into the output pattern (progn ...)."

如果你觉得这很好，你可以继续读下去: http://cl-cookbook.sourceforge.net/macros.html

由于现有的答案给出了很好的具体例子来解释宏实现了什么以及如何实现的，也许它会帮助收集一些关于为什么宏功能相对于其他语言是一个重要的收获的想法;首先是这些答案，然后是其他地方的一个很棒的答案:

．.． 在C语言中，你必须编写一个自定义的预处理器(这可能是一个足够复杂的C程序)……

—瓦廷

与任何精通c++的人交谈，问他们花了多长时间来学习模板元编程(仍然不是那么强大)所需要的所有模板。

马特·柯蒂斯

．.． 在Java中，你必须破解字节码编织的方法，尽管像AspectJ这样的框架允许你使用不同的方法来做到这一点，但它基本上是一种破解。

——米格尔·平

DOLIST is similar to Perl's foreach or Python's for. Java added a similar kind of loop construct with the "enhanced" for loop in Java 1.5, as part of JSR-201. Notice what a difference macros make. A Lisp programmer who notices a common pattern in their code can write a macro to give themselves a source-level abstraction of that pattern. A Java programmer who notices the same pattern has to convince Sun that this particular abstraction is worth adding to the language. Then Sun has to publish a JSR and convene an industry-wide "expert group" to hash everything out. That process--according to Sun--takes an average of 18 months. After that, the compiler writers all have to go upgrade their compilers to support the new feature. And even once the Java programmer's favorite compiler supports the new version of Java, they probably ''still'' can't use the new feature until they're allowed to break source compatibility with older versions of Java. So an annoyance that Common Lisp programmers can resolve for themselves within five minutes plagues Java programmers for years.

——peter Seibel，在《Practical Common Lisp》中

While the above all explains what macros are and even have cool examples, I think the key difference between a macro and a normal function is that LISP evaluates all the parameters first before calling the function. With a macro it's the reverse, LISP passes the parameters unevaluated to the macro. For example, if you pass (+ 1 2) to a function, the function will receive the value 3. If you pass this to a macro, it will receive a List( + 1 2). This can be used to do all kinds of incredibly useful stuff.

Adding a new control structure, e.g. loop or the deconstruction of a list Measure the time it takes to execute a function passed in. With a function the parameter would be evaluated before control is passed to the function. With the macro, you can splice your code between the start and stop of your stopwatch. The below has the exact same code in a macro and a function and the output is very different. Note: This is a contrived example and the implementation was chosen so that it is identical to better highlight the difference. (defmacro working-timer (b) (let ( (start (get-universal-time)) (result (eval b))) ;; not splicing here to keep stuff simple ((- (get-universal-time) start)))) (defun my-broken-timer (b) (let ( (start (get-universal-time)) (result (eval b))) ;; doesn't even need eval ((- (get-universal-time) start)))) (working-timer (sleep 10)) => 10 (broken-timer (sleep 10)) => 0

一行程序回答:

简单的语法=>宏over表达式=>简洁=>抽象=>强大

Lisp宏只是以编程方式编写代码。也就是说，在展开宏之后，您得到的只不过是没有宏的Lisp代码。所以，原则上来说，他们没有什么新成就。

然而，它们与其他编程语言中的宏不同，它们在表达式级别上编写代码，而其他宏在字符串级别上编写代码。这在lisp中是独一无二的，这要感谢他们的括号;或者更准确地说，它们的最小语法多亏了括号。

正如本文中的许多示例所示，以及Paul Graham的On Lisp, Lisp宏可以成为使代码更加简洁的工具。当简洁性达到一定程度时，它为代码提供了新的抽象级别，使其更加简洁。回到第一点，原则上他们没有提供任何新的东西，但这就像说既然纸和铅笔(几乎)组成了图灵机，我们就不需要真正的计算机。

如果你懂点数学，想想为什么函子和自然变换是有用的想法。原则上，它们没有提供任何新东西。然而，通过将它们扩展到较低层次的数学中，你会发现几个简单想法的组合(就范畴理论而言)可能需要10页才能写下来。你喜欢哪一种?