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

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();
    }

其他回答

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。

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.

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!

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?