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有一句古話，叫做“國(guó)王已死，國(guó)王萬(wàn)歲！”它的意思是，老國(guó)王已經(jīng)死去，國(guó)王的兒子現(xiàn)在繼位。這句話的幽默，就在于這兩個(gè)“國(guó)王”其實(shí)指的不是同一個(gè)人，而你咋一看還以為它自相矛盾。今天我的話題仿效了這句話，叫做“Lisp 已死，Lisp 萬(wàn)歲！”希望到***你會(huì)明白這是什么意思。
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首先，我想總結(jié)一下 Lisp 的優(yōu)點(diǎn)。你也許已經(jīng)知道，Lisp 身上最重要的一些優(yōu)點(diǎn)，其實(shí)已經(jīng)“遺傳”到了幾乎每種流行的語(yǔ)言身上（Java，C#，JavaScript，Python, Ruby，Haskell，……）。由于我已經(jīng)在其他博文里詳細(xì)的敘述過(guò)其中一些，所以現(xiàn)在只把這些 Lisp 的優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單列出來(lái)（關(guān)鍵部分加了鏈接）：
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Lisp 的語(yǔ)法是世界上最精煉，最美觀，也是語(yǔ)法分析起來(lái)***效的語(yǔ)法。這是 Lisp ***的，其他語(yǔ)言都沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)。有些人喜歡設(shè)計(jì)看起來(lái)很炫的語(yǔ)法，其實(shí)都是自找麻煩。為什么這么說(shuō)呢，請(qǐng)參考這篇《談?wù)Z法》。
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Lisp 是***個(gè)可以在程序的任何位置定義函數(shù)，并且可以把函數(shù)作為值傳遞的語(yǔ)言。這樣的設(shè)計(jì)使得它的表達(dá)能力非常強(qiáng)大。這種理念被 Python，JavaScript，Ruby 等語(yǔ)言所借鑒。
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Lisp 有世界上***大的宏系統(tǒng)（macro system）。這種宏系統(tǒng)的表達(dá)力幾乎達(dá)到了理論所允許的極限。如果你只見(jiàn)過(guò) C 語(yǔ)言的“宏”，那我可以告訴你它是完全沒(méi)法跟 Lisp 的宏系統(tǒng)相提并論的。
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Lisp 是世界上***個(gè)使用垃圾回收（garbage collection）的語(yǔ)言。這種超前的理念，后來(lái)被 Java，C# 等語(yǔ)言借鑒。
想不到吧，現(xiàn)代語(yǔ)言的很多優(yōu)點(diǎn)，其實(shí)都是來(lái)自于 Lisp — 世界上第二古老的程序語(yǔ)言。所以有人才會(huì)說(shuō)，每一種現(xiàn)代語(yǔ)言都在朝著 Lisp 的方向“進(jìn)化”。如果你相信了這話，也許就會(huì)疑惑，為什么 Lisp 今天沒(méi)有成為主流，為什么 Lisp Machine 會(huì)被 Unix 打敗。其實(shí)除了商業(yè)原因之外，還有技術(shù)上的問(wèn)題
早期的 Lisp 其實(shí)普遍存在一個(gè)非常嚴(yán)重的問(wèn)題：它使用 dynamic scoping。所謂 dynamic scoping 就是說(shuō)，如果你的函數(shù)定義里面有“自由變量”，那么這個(gè)自由變量的值，會(huì)隨著函數(shù)的“調(diào)用位置”的不同而發(fā)生變化。
比如下面我定義一個(gè)函數(shù) f，它接受一個(gè)參數(shù) y，然后返回 x 和 y 的積。
- (setq f
- (let ((x 1))
- (lambda (y) (* x y))))
這里 x 對(duì)于函數(shù) (lambda (y) (* x y)) 來(lái)說(shuō)是個(gè)“自由變量”（free variable），因?yàn)樗皇撬膮?shù)
看著這段代碼，你會(huì)很自然的認(rèn)為，因?yàn)?x 的值是 1，那么 f 被調(diào)用的時(shí)候，結(jié)果應(yīng)該等于 (* 1 y)，也就是說(shuō)應(yīng)該等于 y 的值?？墒沁@在 dynamic scoping 的語(yǔ)言里結(jié)果如何呢？我們來(lái)看看吧。
（你可以在 emacs 里面試驗(yàn)以下的結(jié)果，因?yàn)?Emacs Lisp 使用的就是 dynamic scoping。）
如果我們?cè)诤瘮?shù)調(diào)用的外層定義一個(gè) x，值為 2：
- (let ((x 2))
- (funcall f 2))
因?yàn)檫@個(gè) x 跟 f 定義處的 x 的作用域不同，所以它們不應(yīng)該互相干擾。所以我們應(yīng)該得到 2。可是，這段代碼返回的結(jié)果卻為 4。
再來(lái)。我們另外定義一個(gè) x，值為 3：
- (let ((x 3))
- (funcall f 2))
我們的期望值還是 2，可是結(jié)果卻是 6。
再來(lái)。如果我們直接調(diào)用：
- (funcall f 2)
你想這次總該得到 2 了吧？結(jié)果，出錯(cuò)了：
- Debugger entered--Lisp error: (void-variable x)
- (* x y)
- (lambda (y) (* x y))(2)
- funcall((lambda (y) (* x y)) 2)
- eval_r((funcall f 2) nil)
- eval-last-sexp-1(nil)
- eval-last-sexp(nil)
- call-interactively(eval-last-sexp nil nil)
看到問(wèn)題了嗎？f 的行為，隨著調(diào)用位置的一個(gè)“名叫 x”的變量的值而發(fā)生變化。而這個(gè) x，跟 f 定義處的 x 其實(shí)根本就不是同一個(gè)變量，它們只不過(guò)名字相同而已。這會(huì)導(dǎo)致非常難以發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤，也就是早期的 Lisp 最令人頭痛的地方。我的老師 Dan Friedman 當(dāng)年就為此痛苦了很多年，直到 Scheme 的出現(xiàn)，他才歡呼道：“終于有人把它給做對(duì)了！”
（附帶說(shuō)一句，Scheme 不是 Dan Friedman 發(fā)明的，而是 Guy Steele 和 Gerald Sussman。然而，F(xiàn)riedman 對(duì)程序語(yǔ)言的本質(zhì)理解，其實(shí)超越了 Lisp 的范疇，并且對(duì) Scheme 的后期設(shè)計(jì)做出了重要的貢獻(xiàn)。以至于 Sussman 在 Friedman 的 60 大壽時(shí)發(fā)表演說(shuō)，戲稱(chēng)自己比起 Friedman 來(lái)，“只是 Scheme 的用戶”。）
好在現(xiàn)在的大部分語(yǔ)言其實(shí)已經(jīng)吸取了這個(gè)教訓(xùn)，所以你不再會(huì)遇到這種讓人發(fā)瘋的痛苦。不管是 Scheme, Common Lisp, Haskell, OCaml, Python, JavaScript…… 都不使用 dynamic scoping。
那現(xiàn)在也許你了解了，什么是讓人深?lèi)和唇^的 dynamic scoping。如果我告訴你，Lisp Machine 所使用的語(yǔ)言 ZetaLisp（也叫 Lisp Machine Lisp）使用的也是 dynamic scoping，你也許就明白了為什么 Lisp Machine 會(huì)失敗。因?yàn)樗F(xiàn)在的 Common Lisp 和 Scheme，真的是天壤之別。我寧愿寫(xiě) C++，Java 或者 Python，也不愿意寫(xiě) ZetaLisp 或者 Emacs Lisp。
話說(shuō)回來(lái)，為什么早期的 Lisp 會(huì)使用 dynamic scoping 呢？其實(shí)這根本就不是一個(gè)有意的“設(shè)計(jì)”，而是一個(gè)無(wú)意的“巧合”。你幾乎什么都不用做，它就成那個(gè)樣子了。這不是開(kāi)玩笑，如果你在 emacs 里面顯示 f 的值，它會(huì)打印出：
- '(lambda (y) (* x y))
這說(shuō)明 f 的值其實(shí)是一個(gè) S 表達(dá)式，而不是像 Scheme 一樣的“閉包”（closure）。原來(lái)，Emacs Lisp 直接把函數(shù)定義處的 S 表達(dá)式 ‘(lambda (y) (* x y)) 作為了函數(shù)的“值”，這是一種很幼稚的做法。如果你是***次實(shí)現(xiàn)函數(shù)式語(yǔ)言的新手，很有可能就會(huì)這樣做。Lisp 的設(shè)計(jì)者當(dāng)年也是這樣的情況。
簡(jiǎn)單倒是簡(jiǎn)單，麻煩事接著就來(lái)了。調(diào)用 f 的時(shí)候，比如 (funcall f 2)，y 的值當(dāng)然來(lái)自參數(shù) 2，可是 x 的值是多少呢？答案是：不知道！不知道怎么辦？到“外層環(huán)境”去找唄，看到哪個(gè)就用哪個(gè)，看不到就報(bào)錯(cuò)。所以你就看到了之前出現(xiàn)的現(xiàn)象，函數(shù)的行為隨著一個(gè)完全無(wú)關(guān)的變量而變化。如果你單獨(dú)調(diào)用 (funcall f 2) 就會(huì)因?yàn)檎也坏?x 的值而出錯(cuò)。
那么正確的實(shí)現(xiàn)函數(shù)的做法是什么呢？是制造“閉包”(closure)。這也就是 Scheme，Common Lisp 以及 Python，C# 的做法。在函數(shù)定義被解釋或者編譯的時(shí)候，當(dāng)時(shí)的自由變量（比如 x）的值，會(huì)跟函數(shù)的代碼綁在一起，被放進(jìn)一種叫做“閉包”的結(jié)構(gòu)里。比如上面的函數(shù)，就可以表示成這個(gè)樣子：(Closure '(lambda (y) (* x y)) '((x . 1)))。
在這里我用 (Closure ...) 表示一個(gè)“結(jié)構(gòu)”（就像 C 語(yǔ)言的 struct）。它的***個(gè)部分，是這個(gè)函數(shù)的定義。第二個(gè)部分是 '((x . 1))，它是一個(gè)“環(huán)境”，其實(shí)就是一個(gè)從變量到值的映射（map）。利用這個(gè)映射，我們記住函數(shù)定義處的那個(gè) x 的值，而不是在調(diào)用的時(shí)候才去瞎找。
我不想在這里深入細(xì)節(jié)。如果你對(duì)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言感興趣的話，可以參考我的另一篇博文《怎樣寫(xiě)一個(gè)解釋器》。它教你如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)正確的，沒(méi)有以上毛病的解釋器。
與 dynamic scoping 相對(duì)的就是“l(fā)exical scoping”。我剛才告訴你的閉包，就是 lexical scoping 的實(shí)現(xiàn)方法。***個(gè)實(shí)現(xiàn) lexical scoping 的語(yǔ)言，其實(shí)不是 Lisp 家族的，而是 Algol 60。“Algol”之所以叫這名字，是因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)初衷是用來(lái)實(shí)現(xiàn)算法（algorithm）。其實(shí) Algol 比起 Lisp 有很多不足，但在 lexical scoping 這一點(diǎn)上它卻做對(duì)了。Scheme 從 Algol 60 身上學(xué)到了 lexical scoping，成為了***個(gè)使用 lexical scoping 的“Lisp 方言”。9 年之后，Lisp 家族的“集大成者” Common Lisp 誕生了，它也采用了 lexical scoping?？磥?lái)英雄所見(jiàn)略同。
你也許發(fā)現(xiàn)了，Lisp 其實(shí)不是一種語(yǔ)言，而是很多種語(yǔ)言。這些被人叫做“Lisp 家族”的語(yǔ)言，其實(shí)共同點(diǎn)只是它們的“語(yǔ)法”：它們都是基于 S 表達(dá)式。如果你因此對(duì)它們同樣贊美的話，那么你贊美的其實(shí)只是 S 表達(dá)式，而不是這些語(yǔ)言本身。因?yàn)橐粋€(gè)語(yǔ)言的本質(zhì)應(yīng)該是由它的語(yǔ)義決定的，而跟語(yǔ)法沒(méi)有很大關(guān)系。你甚至可以給同一種語(yǔ)言設(shè)計(jì)多種不同的語(yǔ)法，而不改變這語(yǔ)言的本質(zhì)。比如，我曾經(jīng)給 TeX 設(shè)計(jì)了 Lisp 的語(yǔ)法，我把它叫做 SchTeX（Scheme + TeX）。SchTeX 的文件看起來(lái)是這個(gè)樣子：
- (documentclass article (11pt))
- (document
- (abstract (...))
- (section (First Section)
- ... )
- (section (Second Section)
- ... )
- )
很明顯，雖然這看起來(lái)像是 Scheme，本質(zhì)卻仍然是 TeX。
所以，因?yàn)?Scheme 的語(yǔ)法使用 S 表達(dá)式，就把 Scheme 叫做 Lisp 的“方言”，其實(shí)是不大準(zhǔn)確的做法。Scheme 和 Emacs Lisp，Common Lisp 其實(shí)是三種不同的語(yǔ)言。Racket 曾經(jīng)叫做 PLT Scheme，但是它跟 Scheme 的區(qū)別日益增加，以至于現(xiàn)在 PLT 把它改名叫 Racket。這是有他們的道理的。
所以，你也許明白了為什么這篇文章的標(biāo)題叫做“Lisp 已死，Lisp 萬(wàn)歲！” 因?yàn)檫@句話里面的兩個(gè) “Lisp”其實(shí)是完全不同的語(yǔ)言?！癓isp 已死”，其實(shí)是說(shuō) ZetaLisp 這樣的 Lisp，由于嚴(yán)重的設(shè)計(jì)問(wèn)題，已經(jīng)死去。而“Lisp 萬(wàn)歲”，是說(shuō)像 Scheme，Common Lisp 這樣的 Lisp，還會(huì)繼續(xù)存在。它們先進(jìn)于其它語(yǔ)言的地方，也會(huì)更多的被借鑒，被發(fā)揚(yáng)廣大。
（其實(shí)老 Lisp 的死去還有另外一個(gè)重要的原因，那就是因?yàn)樵缙诘?Lisp 編譯器生成的代碼效率非常低下。這個(gè)問(wèn)題我留到下一篇博文再講。）
本文標(biāo)題：Lisp已死，Lisp萬(wàn)歲！
文章轉(zhuǎn)載：http://m.5511xx.com/article/djoeosp.html
