阅读Paul Graham关于编程语言的文章,你可能会认为Lisp宏是唯一的选择。作为一个忙碌的开发人员,在其他平台上工作,我还没有使用Lisp宏的特权。作为一个想要了解热门话题的人,请解释一下是什么让这个功能如此强大。

请将这一点与我从Python、Java、c#或C开发世界中理解的东西联系起来。


当前回答

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

其他回答

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。

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。

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?

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