大师作文网为什么Lisp语言如此先进
来源：学生作业帮 编辑：大师作文网作业帮 分类：综合作业 时间：2024/11/12 02:31:05
为什么Lisp语言如此先进
一、
如果我们把流行的编程语言,以这样的顺序排列：Java、Perl、Python、Ruby.你会发现,排在越后面的语言,越像Lisp.Python模仿Lisp,甚至把许多Lisp黑客认为属于设计错误的功能,也一起模仿了.至于Ruby,如果回到1975年,你声称它是一种Lisp方言,没有人会反对.编程语言现在的发展,不过刚刚赶上1958年Lisp语言的水平.
二、
1958年,John McCarthy设计了Lisp语言.我认为,当前最新潮的编程语言,只是实现了他在1958年的设想而已.
这怎么可能呢?计算机技术的发展,不是日新月异吗?1958年的技术,怎么可能超过今天的水平呢?
让我告诉你原因.
这是因为John McCarthy本来没打算把Lisp设计成编程语言,至少不是我们现在意义上的编程语言.他的原意只是想做一种理论演算,用更简洁的方式定义图灵机.
所以,为什么上个世纪50年代的编程语言,到现在还没有过时?简单说,因为这种语言本质上不是一种技术,而是数学.数学是不会过时的.你不 应该把Lisp语言与50年代的硬件联系在一起,而是应该把它与快速排序（Quicksort）算法进行类比.这种算法是1960年提出的,至今仍然是最 快的通用排序方法.
三、
Fortran语言也是上个世纪50年代出现的,并且一直使用至今.它代表了语言设计的一种完全不同的方向.Lisp是无意中从纯理论发展 为编程语言,而Fortran从一开始就是作为编程语言设计出来的.但是,今天我们把Lisp看成高级语言,而把Fortran看成一种相当低层次的语 言.
1956年,Fortran刚诞生的时候,叫做Fortran I,与今天的Fortran语言差别极大.Fortran I实际上是汇编语言加上数学,在某些方面,还不如今天的汇编语言强大.比如,它不支持子程序,只有分支跳转结构（branch）.
Lisp和Fortran代表了编程语言发展的两大方向.前者的基础是数学,后者的基础是硬件架构.从那时起,这两大方向一直在互相靠拢. Lisp刚设计出来的时候,就很强大,接下来的二十年,它提高了自己的运行速度.而那些所谓的主流语言,把更快的运行速度作为设计的出发点,然后再用超过 四十年的时间,一步步变得更强大.
直到今天,最高级的主流语言,也只是刚刚接近Lisp的水平.虽然已经很接近了,但还是没有Lisp那样强大.
四、
Lisp语言诞生的时候,就包含了9种新思想.其中一些我们今天已经习以为常,另一些则刚刚在其他高级语言中出现,至今还有2种是Lisp独有的.按照被大众接受的程度,这9种思想依次是：
1. 条件结构（即"if-then-else"结构）.现在大家都觉得这是理所当然的,但是Fortran I就没有这个结构,它只有基于底层机器指令的goto结构.
2. 函数也是一种数据类型.在Lisp语言中,函数与整数或字符串一样,也属于数据类型的一种.它有自己的字面表示形式（literal representation）,能够储存在变量中,也能当作参数传递.一种数据类型应该有的功能,它都有.
3. 递归.Lisp是第一种支持递归函数的高级语言.
4. 变量的动态类型.在Lisp语言中,所有变量实际上都是指针,所指向的值有类型之分,而变量本身没有.复制变量就相当于复制指针,而不是复制它们指向的数据.
5. 垃圾回收机制.
6. 程序由表达式（expression）组成.Lisp程序是一些表达式区块的集合,每个表达式都返回一个值.这与Fortran和大多数后来的语言都截然不同,它们的程序由表达式和语句（statement）组成.
区分表达式和语句,在Fortran I中是很自然的,因为它不支持语句嵌套.所以,如果你需要用数学式子计算一个值,那就只有用表达式返回这个值,没有其他语法结构可用,因为否则就无法处理这个值.
后来,新的编程语言支持区块结构（block）,这种限制当然也就不存在了.但是为时已晚,表达式和语句的区分已经根深蒂固.它从Fortran扩散到Algol语言,接着又扩散到它们两者的后继语言.
7. 符号（symbol）类型.符号实际上是一种指针,指向储存在哈希表中的字符串.所以,比较两个符号是否相等,只要看它们的指针是否一样就行了,不用逐个字符地比较.
8. 代码使用符号和常量组成的树形表示法（notation）.
9. 无论什么时候,整个语言都是可用的.Lisp并不真正区分读取期、编译期和运行期.你可以在读取期编译或运行代码；也可以在编译期读取或运行代码；还可以在运行期读取或者编译代码.
在读取期运行代码,使得用户可以重新调整（reprogram）Lisp的语法；在编译期运行代码,则是Lisp宏的工作基础；在运行期编 译代码,使得Lisp可以在Emacs这样的程序中,充当扩展语言（extension language）；在运行期读取代码,使得程序之间可以用S-表达式（S-expression）通信,近来XML格式的出现使得这个概念被重新"发 明"出来了.
五、
Lisp语言刚出现的时候,它的思想与其他编程语言大相径庭.后者的设计思想主要由50年代后期的硬件决定.随着时间流逝,流行的编程语言不断更新换代,语言设计思想逐渐向Lisp靠拢.
思想1到思想5已经被广泛接受,思想6开始在主流编程语言中出现,思想7在Python语言中有所实现,不过似乎没有专用的语法.
思想8可能是最有意思的一点.它与思想9只是由于偶然原因,才成为Lisp语言的一部分,因为它们不属于John McCarthy的原始构想,是由他的学生Steve Russell自行添加的.它们从此使得Lisp看上去很古怪,但也成为了这种语言最独一无二的特点.Lisp古怪的形式,倒不是因为它的语法很古怪,而 是因为它根本没有语法,程序直接以解析树（parse tree）的形式表达出来.在其他语言中,这种形式只是经过解析在后台产生,但是Lisp直接采用它作为表达形式.它由列表构成,而列表则是Lisp的基 本数据结构.
用一门语言自己的数据结构来表达该语言,这被证明是非常强大的功能.思想8和思想9,意味着你可以写出一种能够自己编程的程序.这可能听起来很怪异,但是对于Lisp语言却是再普通不过.最常用的做法就是使用宏.
术语"宏"在Lisp语言中,与其他语言中的意思不一样.Lisp宏无所不包,它既可能是某样表达式的缩略形式,也可能是一种新语言的编译器.如果你想真正地理解Lisp语言,或者想拓宽你的编程视野,那么你必须学习宏.
就我所知,宏（采用Lisp语言的定义）目前仍然是Lisp独有的.一个原因是为了使用宏,你大概不得不让你的语言看上去像Lisp一样古 怪.另一个可能的原因是,如果你想为自己的语言添上这种终极武器,你从此就不能声称自己发明了新语言,只能说发明了一种Lisp的新方言.
我把这件事当作笑话说出来,但是事实就是如此.如果你创造了一种新语言,其中有car、cdr、cons、quote、cond、 atom、eq这样的功能,还有一种把函数写成列表的表示方法,那么在它们的基础上,你完全可以推导出Lisp语言的所有其他部分.事实上,Lisp语言 就是这样定义的,John McCarthy把语言设计成这个样子,就是为了让这种推导成为可能.
六、
就算Lisp确实代表了目前主流编程语言不断靠近的一个方向,这是否意味着你就应该用它编程呢?
如果使用一种不那么强大的语言,你又会有多少损失呢?有时不采用最尖端的技术,不也是一种明智的选择吗?这么多人使用主流编程语言,这本身不也说明那些语言有可取之处吗?
另一方面,选择哪一种编程语言,许多项目是无所谓的,反正不同的语言都能完成工作.一般来说,条件越苛刻的项目,强大的编程语言就越能发挥 作用.但是,无数的项目根本没有苛刻条件的限制.大多数的编程任务,可能只要写一些很小的程序,然后用胶水语言把这些小程序连起来就行了.你可以用自己熟 悉的编程语言,或者用对于特定项目来说有着最强大函数库的语言,来写这些小程序.如果你只是需要在Windows应用程序之间传递数据,使用Visual Basic照样能达到目的.
那么,Lisp的编程优势体现在哪里呢?
七、
语言的编程能力越强大,写出来的程序就越短（当然不是指字符数量,而是指独立的语法单位）.
代码的数量很重要,因为开发一个程序耗费的时间,主要取决于程序的长度.如果同一个软件,一种语言写出来的代码比另一种语言长三倍,这意味 着你开发它耗费的时间也会多三倍.而且即使你多雇佣人手,也无助于减少开发时间,因为当团队规模超过某个门槛时,再增加人手只会带来净损失.Fred Brooks在他的名著《人月神话》（The Mythical Man-Month）中,描述了这种现象,我的所见所闻印证了他的说法.
如果使用Lisp语言,能让程序变得多短?以Lisp和C的比较为例,我听到的大多数说法是C代码的长度是Lisp的7倍到10倍.但是最 近,New Architect杂志上有一篇介绍ITA软件公司的文章,里面说"一行Lisp代码相当于20行C代码",因为此文都是引用ITA总裁的话,所以我想这 个数字来自ITA的编程实践. 如果真是这样,那么我们可以相信这句话.ITA的软件,不仅使用Lisp语言,还同时大量使用C和C++,所以这是他们的经验谈.
根据上面的这个数字,如果你与ITA竞争,而且你使用C语言开发软件,那么ITA的开发速度将比你快20倍.如果你需要一年时间实现某个功能,它只需要不到三星期.反过来说,如果某个新功能,它开发了三个月,那么你需要五年才能做出来.
你知道吗?上面的对比,还只是考虑到最好的情况.当我们只比较代码数量的时候,言下之意就是假设使用功能较弱的语言,也能开发出同样的软 件.但是事实上,程序员使用某种语言能做到的事情,是有极限的.如果你想用一种低层次的语言,解决一个很难的问题,那么你将会面临各种情况极其复杂、乃至 想不清楚的窘境.
所以,当我说假定你与ITA竞争,你用五年时间做出的东西,ITA在Lisp语言的帮助下只用三个月就完成了,我指的五年还是一切顺利、没有犯错误、也没有遇到太大麻烦的五年.事实上,按照大多数公司的实际情况,计划中五年完成的项目,很可能永远都不会完成.
我承认,上面的例子太极端.ITA似乎有一批非常聪明的黑客,而C语言又是一种很低层次的语言.但是,在一个高度竞争的市场中,即使开发速度只相差两三倍,也足以使得你永远处在落后的位置.
如果我们把流行的编程语言,以这样的顺序排列：Java、Perl、Python、Ruby.你会发现,排在越后面的语言,越像Lisp.Python模仿Lisp,甚至把许多Lisp黑客认为属于设计错误的功能,也一起模仿了.至于Ruby,如果回到1975年,你声称它是一种Lisp方言,没有人会反对.编程语言现在的发展,不过刚刚赶上1958年Lisp语言的水平.
二、
1958年,John McCarthy设计了Lisp语言.我认为,当前最新潮的编程语言,只是实现了他在1958年的设想而已.
这怎么可能呢?计算机技术的发展,不是日新月异吗?1958年的技术,怎么可能超过今天的水平呢?
让我告诉你原因.
这是因为John McCarthy本来没打算把Lisp设计成编程语言,至少不是我们现在意义上的编程语言.他的原意只是想做一种理论演算,用更简洁的方式定义图灵机.
所以,为什么上个世纪50年代的编程语言,到现在还没有过时?简单说,因为这种语言本质上不是一种技术,而是数学.数学是不会过时的.你不 应该把Lisp语言与50年代的硬件联系在一起,而是应该把它与快速排序（Quicksort）算法进行类比.这种算法是1960年提出的,至今仍然是最 快的通用排序方法.
三、
Fortran语言也是上个世纪50年代出现的,并且一直使用至今.它代表了语言设计的一种完全不同的方向.Lisp是无意中从纯理论发展 为编程语言,而Fortran从一开始就是作为编程语言设计出来的.但是,今天我们把Lisp看成高级语言,而把Fortran看成一种相当低层次的语 言.
1956年,Fortran刚诞生的时候,叫做Fortran I,与今天的Fortran语言差别极大.Fortran I实际上是汇编语言加上数学,在某些方面,还不如今天的汇编语言强大.比如,它不支持子程序,只有分支跳转结构（branch）.
Lisp和Fortran代表了编程语言发展的两大方向.前者的基础是数学,后者的基础是硬件架构.从那时起,这两大方向一直在互相靠拢. Lisp刚设计出来的时候,就很强大,接下来的二十年,它提高了自己的运行速度.而那些所谓的主流语言,把更快的运行速度作为设计的出发点,然后再用超过 四十年的时间,一步步变得更强大.
直到今天,最高级的主流语言,也只是刚刚接近Lisp的水平.虽然已经很接近了,但还是没有Lisp那样强大.
四、
Lisp语言诞生的时候,就包含了9种新思想.其中一些我们今天已经习以为常,另一些则刚刚在其他高级语言中出现,至今还有2种是Lisp独有的.按照被大众接受的程度,这9种思想依次是：
1. 条件结构（即"if-then-else"结构）.现在大家都觉得这是理所当然的,但是Fortran I就没有这个结构,它只有基于底层机器指令的goto结构.
2. 函数也是一种数据类型.在Lisp语言中,函数与整数或字符串一样,也属于数据类型的一种.它有自己的字面表示形式（literal representation）,能够储存在变量中,也能当作参数传递.一种数据类型应该有的功能,它都有.
3. 递归.Lisp是第一种支持递归函数的高级语言.
4. 变量的动态类型.在Lisp语言中,所有变量实际上都是指针,所指向的值有类型之分,而变量本身没有.复制变量就相当于复制指针,而不是复制它们指向的数据.
5. 垃圾回收机制.
6. 程序由表达式（expression）组成.Lisp程序是一些表达式区块的集合,每个表达式都返回一个值.这与Fortran和大多数后来的语言都截然不同,它们的程序由表达式和语句（statement）组成.
区分表达式和语句,在Fortran I中是很自然的,因为它不支持语句嵌套.所以,如果你需要用数学式子计算一个值,那就只有用表达式返回这个值,没有其他语法结构可用,因为否则就无法处理这个值.
后来,新的编程语言支持区块结构（block）,这种限制当然也就不存在了.但是为时已晚,表达式和语句的区分已经根深蒂固.它从Fortran扩散到Algol语言,接着又扩散到它们两者的后继语言.
7. 符号（symbol）类型.符号实际上是一种指针,指向储存在哈希表中的字符串.所以,比较两个符号是否相等,只要看它们的指针是否一样就行了,不用逐个字符地比较.
8. 代码使用符号和常量组成的树形表示法（notation）.
9. 无论什么时候,整个语言都是可用的.Lisp并不真正区分读取期、编译期和运行期.你可以在读取期编译或运行代码；也可以在编译期读取或运行代码；还可以在运行期读取或者编译代码.
在读取期运行代码,使得用户可以重新调整（reprogram）Lisp的语法；在编译期运行代码,则是Lisp宏的工作基础；在运行期编 译代码,使得Lisp可以在Emacs这样的程序中,充当扩展语言（extension language）；在运行期读取代码,使得程序之间可以用S-表达式（S-expression）通信,近来XML格式的出现使得这个概念被重新"发 明"出来了.
五、
Lisp语言刚出现的时候,它的思想与其他编程语言大相径庭.后者的设计思想主要由50年代后期的硬件决定.随着时间流逝,流行的编程语言不断更新换代,语言设计思想逐渐向Lisp靠拢.
思想1到思想5已经被广泛接受,思想6开始在主流编程语言中出现,思想7在Python语言中有所实现,不过似乎没有专用的语法.
思想8可能是最有意思的一点.它与思想9只是由于偶然原因,才成为Lisp语言的一部分,因为它们不属于John McCarthy的原始构想,是由他的学生Steve Russell自行添加的.它们从此使得Lisp看上去很古怪,但也成为了这种语言最独一无二的特点.Lisp古怪的形式,倒不是因为它的语法很古怪,而 是因为它根本没有语法,程序直接以解析树（parse tree）的形式表达出来.在其他语言中,这种形式只是经过解析在后台产生,但是Lisp直接采用它作为表达形式.它由列表构成,而列表则是Lisp的基 本数据结构.
用一门语言自己的数据结构来表达该语言,这被证明是非常强大的功能.思想8和思想9,意味着你可以写出一种能够自己编程的程序.这可能听起来很怪异,但是对于Lisp语言却是再普通不过.最常用的做法就是使用宏.
术语"宏"在Lisp语言中,与其他语言中的意思不一样.Lisp宏无所不包,它既可能是某样表达式的缩略形式,也可能是一种新语言的编译器.如果你想真正地理解Lisp语言,或者想拓宽你的编程视野,那么你必须学习宏.
就我所知,宏（采用Lisp语言的定义）目前仍然是Lisp独有的.一个原因是为了使用宏,你大概不得不让你的语言看上去像Lisp一样古 怪.另一个可能的原因是,如果你想为自己的语言添上这种终极武器,你从此就不能声称自己发明了新语言,只能说发明了一种Lisp的新方言.
我把这件事当作笑话说出来,但是事实就是如此.如果你创造了一种新语言,其中有car、cdr、cons、quote、cond、 atom、eq这样的功能,还有一种把函数写成列表的表示方法,那么在它们的基础上,你完全可以推导出Lisp语言的所有其他部分.事实上,Lisp语言 就是这样定义的,John McCarthy把语言设计成这个样子,就是为了让这种推导成为可能.
六、
就算Lisp确实代表了目前主流编程语言不断靠近的一个方向,这是否意味着你就应该用它编程呢?
如果使用一种不那么强大的语言,你又会有多少损失呢?有时不采用最尖端的技术,不也是一种明智的选择吗?这么多人使用主流编程语言,这本身不也说明那些语言有可取之处吗?
另一方面,选择哪一种编程语言,许多项目是无所谓的,反正不同的语言都能完成工作.一般来说,条件越苛刻的项目,强大的编程语言就越能发挥 作用.但是,无数的项目根本没有苛刻条件的限制.大多数的编程任务,可能只要写一些很小的程序,然后用胶水语言把这些小程序连起来就行了.你可以用自己熟 悉的编程语言,或者用对于特定项目来说有着最强大函数库的语言,来写这些小程序.如果你只是需要在Windows应用程序之间传递数据,使用Visual Basic照样能达到目的.
那么,Lisp的编程优势体现在哪里呢?
七、
语言的编程能力越强大,写出来的程序就越短（当然不是指字符数量,而是指独立的语法单位）.
代码的数量很重要,因为开发一个程序耗费的时间,主要取决于程序的长度.如果同一个软件,一种语言写出来的代码比另一种语言长三倍,这意味 着你开发它耗费的时间也会多三倍.而且即使你多雇佣人手,也无助于减少开发时间,因为当团队规模超过某个门槛时,再增加人手只会带来净损失.Fred Brooks在他的名著《人月神话》（The Mythical Man-Month）中,描述了这种现象,我的所见所闻印证了他的说法.
如果使用Lisp语言,能让程序变得多短?以Lisp和C的比较为例,我听到的大多数说法是C代码的长度是Lisp的7倍到10倍.但是最 近,New Architect杂志上有一篇介绍ITA软件公司的文章,里面说"一行Lisp代码相当于20行C代码",因为此文都是引用ITA总裁的话,所以我想这 个数字来自ITA的编程实践. 如果真是这样,那么我们可以相信这句话.ITA的软件,不仅使用Lisp语言,还同时大量使用C和C++,所以这是他们的经验谈.
根据上面的这个数字,如果你与ITA竞争,而且你使用C语言开发软件,那么ITA的开发速度将比你快20倍.如果你需要一年时间实现某个功能,它只需要不到三星期.反过来说,如果某个新功能,它开发了三个月,那么你需要五年才能做出来.
你知道吗?上面的对比,还只是考虑到最好的情况.当我们只比较代码数量的时候,言下之意就是假设使用功能较弱的语言,也能开发出同样的软 件.但是事实上,程序员使用某种语言能做到的事情,是有极限的.如果你想用一种低层次的语言,解决一个很难的问题,那么你将会面临各种情况极其复杂、乃至 想不清楚的窘境.
所以,当我说假定你与ITA竞争,你用五年时间做出的东西,ITA在Lisp语言的帮助下只用三个月就完成了,我指的五年还是一切顺利、没有犯错误、也没有遇到太大麻烦的五年.事实上,按照大多数公司的实际情况,计划中五年完成的项目,很可能永远都不会完成.
我承认,上面的例子太极端.ITA似乎有一批非常聪明的黑客,而C语言又是一种很低层次的语言.但是,在一个高度竞争的市场中,即使开发速度只相差两三倍,也足以使得你永远处在落后的位置.