Scheme 编程学习(一) —— 概述
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概述
Scheme 是一种编程语言是 Lisp 语言一种变体。在 1975 年由 Guy Steele 与 Gerry Sussman 在 麻省理工的 (Artificial Intelligence lab) 人工智能实验室中发明。 它是 Lisp 的第一个要求其实现使用尾调用优化，并着重于函数式编程和递归算法的方言。
Scheme 编程语言采用极简主义的设计理念，指定一个小的标准核心，并提供强大的语言扩展工具。它广泛用于教育和科学组织，尤其是在人工智能领域。编写 Scheme 的程序员被非正式地称为“Schemers”。
与 Lisp 一样，Scheme 使用 lambda 关键字来表示匿名函数。例如，语句
(lambda (x y) (+ x y))
表示将两个数字相加的匿名函数。
总体来说 scheme 语言有三个特点
- Simple 语法简洁
- Weird 有些奇怪
- Cool 很酷
I - 语法简洁
代码由括号，符号和空格组成，示例
(operator operand1 operand2 ...)
此行代码由 一个操作符，多个操作数组成，操作符在最前面，操作数在后面。
1.1 - 算数运算 (arithmetic)
看几个具体的例子
(+ 3 4)
结果为 7， 3 + 4 = 7
(* 3 4)
结果为 12 ，3 * 4 = 12
(+ 5 (* 2 2))
结果为 9 , 首先计算 (* 2 2) 的结果为 4，然后计算
5 + 4 , 结果为 9。
1.2 - 定义值
我们可以定义符号，类似于其他语言里的声明变量，示例
(define foo 3)
定义 foo 为 3，我们也可以使用这个符号
(* foo 4)
结果为 12 ， foo * 4 等价于 3 * 4 = 12
1.3 - 定义函数
(define (square x) (* x x))
表示函数需要一个入参数，函数体为
(* x x)
调用函数的方法
(square 4)
根据之前的内容，显而易见结果为 16
我们也可以将这个函数用于复合的表达式，例如
(+ (square 2) (square 3))
将两个平方相加，4 + 9 = 13 。
1.4 - 流程控制 (flow control)
(define (abs x)
(if (< x 0)
(- x)
x))
根据条件不同，执行不同的运算。
(abs -3) ; 结果为 3
(abs 3) ; 结果为 3
这个函数体为简单的 if 表达式，如果 x 小于 0 ，则调用 减号函数，可近似写成 C 语言：
if (x < 0)
return -x;
else
return x;
1.5 - 数据结构
一种数据结构，例如要写出 value1, value2, value3 … 则需要使用 list 函数，
(list value1 value2 value3 ...)
比如 排序
(sort (list 4 6 5))
我们将 (4 6 5) 作为一个实参传入 sort 函数，得到结果为：
(4 5 6)
再如 获取长度
(length (list 1 2)) ; 结果为 2
II - 奇怪 Weird
- Functional (sort of) 函数式编程
- Dynamic typing 动态输入
- Functions are values 函数可以被视作值
- Code is data, data is code 代码可以视作数据，数据也可以被视作代码
2.1 - 函数式 list 操作
(define my-list (list 1 2 3 4 5))
符号定义可以使用 - 符号
(car my-list)
car 函数用于从 list 中获取第一个元素 即 1
(cdr my-list)
cdr 函数用于从 list 中获取除了第一个元素之外的所有元素即 (2 3 4 5)
2.2 - 函数式 递归 (recursion)
(define (sum list-of-values)
(if (= 1 (length list-of-values))
(car list-of-values)
(+ (car list-of-values)
(sum (cdr list-of-values)))))
第一行定义了函数，最后一行调用了同一个函数，但是不同的实参，之后详细解释
调用：
(sum (list 5 6 7)) ; 结果为 18
2.3 - 动态输入
(define (improved-code q) (* q 2))
(define code-quality 4)
(improved-code code-quality)
; 结果为 8
(define code-quality "poor")
; expects type as 1st argument,
2.4 - 函数可被视作值
(define (double value) (* 2 value))
(define (apply-twice fn value) (fn (fn value)))
(apply-twice double 2)
结果为 8
2.5 - 数据或代码
(define (swap-2-3 x)
(list (car x)
(caddr x)
(cadr x)))
(swap-2-3 (list 1 2 3))
; (1 3 2)
(swap-2-3 (list "a" "b" "c"))
; ("a" "c" "b")
caddr 首先执行 cdr 再执行 cdr 最后执行 car
(define four-over-two (list '/ 4 2)); '/ 表示为符号不为操作符
four-over-two
; (/ 4 2)，此处将代码视作数据
(eval four-over-two)
; 2, 此处将代码视作代码
我们定义个新的符号
(define switched (swap-2-3 four-over-two))
(eval switched)
; 1/2
首先对 four-over-two 应用 swap-2-3 函数，然后其结果为 ('/ 2 4) ，然后 eval 此 list 为 2 / 4 = 1/2
switched
; (/ 2 4)
仅仅打印 switched 其结果为 list ('/ 2 4) 。
III - 酷 Cool
- Generics without all that syntax 泛型编程不需要关心很多语法，比如类型在 java, c, c++ 中等等。
- Generating code is easy 相对其他编程语言生成代码相对简单很多
- Metaprogramming is just … programming 元编程在 Scheme 中与正常编程无异
- Macros are (almost) just more code 宏是一种元编程，在 Scheme 中只是更多的代码
- There are a lot of brackets 在 Scheme 代码中有很多括号
有一个笑话，当时美国有些先进的设备使用的是 Scheme ，有间谍去偷代码，但是只偷到了最后一部分，打开之后全是括号 😄
3.1 - Everything is generic 一切皆是泛型
(sort (list 5 4 3 2 1) <)
; (1 2 3 4 5)
(sort (list "abc" "a" "ab") string<?)
; ("a" "ab" "abc")
3.2 - 生成代码相对简单
(define (d-zero name)
(list 'define (string->symbol name) 0))
(d-zero "a")
; (define a 0)
(define (d-zero-list names) (map d-zero names))
(define mycode (d-zero-list (list "a" "b" "c")))
mycode
;((define a 0) (define b 0) (define c 0))
map 为对 list 中的每一项应用方法，现在 mycode 为是数据不是代码。
(for-each eval mycode); 对 mycode 进行代码化执行
a
; 检查 a 得到 0
b
; 检查 b 得到 0
c
; 检查 c 得到 0
d
; 检查 d 得到 reference to undefined identifier : d
; 引用了未定义的标识符 : d
3.3 - 元编程 Metaprogramming
(define (double x) (* x 2))
(define (square x) (* x x))
(define (apply-twice fn x)
(fn (fn x)))
(define (quadruple x) (apply-twice double x))
(define (pow-4 x) (apply-twice square x))
定义如上几个函数
(quadruple 3)
; 12
(pow-4 3)
; 81
quadruple 为 4 倍的意思
pow-4 为 4 次方的意思
3.4 - 非常好的点
- Macros - write your own language 宏即是定义自己的语言
- You must acknowledge the power of the brackets 你必须承认括号的强大
IV - 讨论
安装 Scheme 的方法
$ sudo apt-get install plt-scheme
$ mzscheme
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参考链接：
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Computer Hope
https://www.computerhope.com/jargon/s/scheme-lang.htm