Обзор языка LISP

К числу логических функций можно отнести и условное выражение: [cond (p1 e1,1 e1,2 ... e1,k1) ... (pn en,1 en,2 ... en,kn)] (n?1, ki?1)

Функция cond последовательно вычисляет первые элементы своих аргументов - обращения к предикатам pi. Если все они имеют значение () ("ложь"), тогда функция заканчивает свою работу с этим же значением. Но если был обнаружен предикат pi, значение которого отлично от (), т.е. он имеет значение "истина", тогда функция cond уже не будет рассматривать остальные предикаты, а последовательно вычислит формы ei,j из этого i-го аргумента и со значением последнего из них закончит свою работу. Следует отметить, что поскольку значения предыдущих форм из этого аргумента нигде не запоминаются, то в качестве этих форм имеет смысл использовать только такие, у которых есть побочный эффект, например, обращение к функции присвоения значения.

1.4 Специальные функции

Функция блокировки вычислений (quote e) или 'e, выдает в качестве значения свой аргумент, не вычисляя его.

Функция (gensym) генерации уникальных атомов, при каждом обращении к ней вычисляет (образует) новый атом-идентификатор. Этот идентификатор получается склеиванием специального префикса и очередного целого числа. Префикс и целое число, от которого начинается нумерация генерируемых атомов, могут быть установлены заранее, как например, в языке MuLisp: (setq *gensym-prefix* 'S) (setq *gensym-count* 2).

После этого функция gensym будет последовательно выдавать атомы S2, S3, S4, ... .

(prog (v1 v2 ... vn) e1 e2 ... ek) (n?0, k?1) - Блочная  и связанные с ней функции. Эту функцию называют "блочной", поскольку ее вычисление напоминает выполнение блоков в других языках программирования.

Вычисление функции начинается с того, что вводятся локальные переменные vi, перечисленные в ее первом аргументе, и всем им присваивается в качестве начального значения пустой список (). После этого функция последовательно вычисляет остальные свои аргументы - формы ei. Вычислив последнюю из них, функция prog заканчивает работу со значением этой формы, уничтожив при этом свои локальные переменные.

Вычисленные значения всех форм ei, кроме последней, нигде не запоминаются, поэтому имеет смысл использовать в качестве них только функции с побочным эффектом. Некоторые из этих функций перечислены ниже.

В качестве ei может быть записан и атом-идентификатор, в этом случае он не вычисляется, и трактуется как метка, на которую будет производиться переход внутри этого блока (функцией go).

(setq v e) - аналог оператора  присваивания. В качестве аргумента v должно быть задано имя переменной, существующей в данный момент. Функция присваивает этой переменной новое значение - значение аргумента е. Это же значение является значением и самой функции setq, хотя оно, как правило, не используется.

В функции (pop v1 v2) обоими аргументами должны быть имена переменных, существующих в данный момент, причем переменная v2 должна иметь значение и им должен быть непустой список.

Функция разделяет этот список на две части - на его первый элемент, который присваивается переменной v1, и на его оставшуюся часть (без первого элемента), которая становится новым значением переменной v2.

В качестве второго аргумента функции (push е v) должно быть задано имя переменной, в качестве первого - произвольная форма. Функция вычисляет эту форму и строит новый список, первый элемент которого - вычисленное значение, а хвост - список, являющийся значением переменной v. Результирующий список присваивается в качестве нового значения переменной v (он также является значением самой функции push).

(return e) - функция досрочного выхода из блока, она может использоваться только внутри блочной функции prog, поскольку завершает вычисление ближайшей объемлющей блочной функции, объявляя ее значением значение аргумента e.

(go e) - функция перехода  по метке. В качестве аргумента  функции go должен быть задан идентификатор - одна из меток ближайшей объемлющей блочной функции. Функция go полностью завершает вычисление той формы этой блочной функции, в которую она входит (на любом уровне), и осуществляет переход для вычисления формы, следующей за этой меткой.

 

2. Особенности языка Лисп

От других языков программирования Лисп отличается следующими свойствами:

1. одинаковая форма данных  и программ;

2. хранение данных, не  зависящее от места;

3. автоматическое и динамическое  управление памятью;

4. функциональная направленность;

5. Лисп является бестиповым  языком;

6. интерпретирующий и  компилирующий режимы работы;

7. пошаговое программирование;

8. единый системный и  прикладной язык программирования.

Рассмотрим эти свойства более подробно.

В Лиспе формы представления программы и обрабатываемых ею данных одинаковы. И то и другое представляется списочной структурой, имеющей одинаковую форму. Таким образом, программы могут обрабатывать и преобразовывать другие программы и даже самих себя. В процессе трансляции можно введенное и сформированное в результате вычислений выражение данных проинтерпретировать в качестве программы и непосредственно выполнить. Это свойство обладает не только теоретическим, но и большим практическим значением.

Универсальный единообразный и простой синтаксис списка языка лисп не зависит от применения, и с его помощью легко определять новые формы записи, представления и абстракции. Даже сама структура языка является, таким образом, расширяемой и может быть заново определена. В то же время достаточно просто написание интерпретаторов, компиляторов, редакторов и других средств. К Лиспу необходимо подходить как к языку, с помощью которого реализуются специализированные языки, ориентированные на приложение, и создается окружение более высокого уровня. Присущая Лиспу расширяемость не встречается в традиционных замкнутых языках программирования.

Списки, представляющие программы и данные, состоят из списочных ячеек, расположение и порядок которых в памяти не существенны. Структура списка определяется логически на основе имен символов и указателей. Добавление новых элементов в список или удаление из списка может производиться без переноса списка в другие ячейки памяти. Резервирование и освобождение могут в зависимости от потребности осуществляться динамически, ячейка за ячейкой.

При автоматическом и динамическом управлении памятью, который применен в Лиспе, пользователь не должен заботиться об учете памяти. Система резервирует и освобождает память автоматически в соответствии с потребностью. Когда память кончается, запускается специальный мусорщик. Мусорщик перебирает все ячейки и собирает являющиеся мусором ячейки в список свободной памяти для того, чтобы их можно было использовать заново. Среда Лиспа постоянно содержится в порядке. В современных ЛИСП-системах выполнение операции сборки мусора занимает от одной до нескольких секунд. В задачах большого объема сборщик мусора запускается весьма часто, что резко ухудшает временные характеристики прикладных программ. Во многих системах мусор не образуется, поскольку он сразу же учитывается. Управление памятью просто и не зависит от физического расположения, поскольку свободная память логически состоит из цепочки списочных ячеек.

В первую очередь данные обрабатываются в оперативной и виртуальной памяти, которая может быть довольно большой. Файлы используются в основном для хранения программ и данных в промежутках между сеансами.

Функциональное программирование, используемое в Лиспе, основывается на том, что в результате каждого действия возникает значение. Значения становятся элементами следующих действий, и конечный результат всей задачи выдается пользователю. Обойти это можно только при помощи специальной функции QUOTE. То обстоятельство, что результатом вычислений могут быть новые функции, является важным преимуществом Лиспа.

В Лиспе имена символов, переменных, списков, функций и других объектов не закреплены предварительно за какими-нибудь типами данных. Типы, в общем, не связаны с именами объектов данных, а сопровождают сами объекты. Переменные в различные моменты времени могут представлять различные объекты. В этом смысле Лисп является бестиповым языком. Динамическая, осуществляемая лишь в процессе исполнения, проверка типа и позднее связывание допускают разностороннее использование символов и гибкую модификацию программ. Функции можно определять практически независимо от типов данных, к которым они применяются. Но указанная бестиповость не означает, что в Лиспе нет данных различных типов. Наоборот набор типов данных наиболее развитых Лисп-систем очень разнообразен.

Одним из общих принципов развития Лисп-систем было свободное включение в язык новых возможностей и структур, если считалось, что они найдут более широкое применение. Это было возможно в связи с естественной расширяемостью языка. Платой за динамические типы являются действия по проверке типа на этапе исполнения. В более новых Лисп-системах возможно факультативное определение типов. В этом случае транслятор может использовать эту информацию для оптимизации кода. В Лисп-машинах проверка осуществляется на уровне аппаратуры.

Лисп в первую очередь интерпретируемый язык. Программы не нужно транслировать, и их можно исправлять в процессе исполнения. Если какой-то участок программы отлажен и не требует изменений то его можно оттранслировать, тогда она выполняется быстрее. В одной и той же программе могут быть транслированные и интерпретированные функции. Транслирование по частям экономит усилия программиста и время вычислительной машины. Однако компилирующий режим предусмотрен далеко не во всех Лисп-системах, его использование накладывает ряд дополнительных ограничений на технику программирования.

Программирование и тестирование программы осуществляется функция за функцией, которые последовательно определяются и тестируются. Написание, тестирование и исправление программы осуществляются внутри Лисп-системы без промежуточного использования ОС.

Вспомогательные средства, такие например как, редактор, трассировщик, транслятор и другие образуют общую интегрированную среду, язык которой нельзя отличить от системных средств. Отдельные средства по своему принципу являются прозрачными, чтобы их могли использовать другие средства. Работа может производиться часто на различных уровнях или в различных рабочих окнах. Такой способ работы особенно хорошо подходит для исследовательского программирования и быстрого построения прототипов.

Лисп является одновременно как языком прикладного так и системного программирования. Он напоминает машинный язык тем, что как данные, так и программы представлены в одинаковой форме. Язык превосходно подходит для написания интерпретаторов и трансляторов как для него самого, так и для других языков. Наиболее короткий интерпретатор Пролога, написанный на Лиспе занимает несколько десятков строк.

Традиционно Лисп-системы в основной своей части написаны на Лиспе. Лисп можно в хорошем смысле считать языком машинного и системного программирования высокого уровня. И это особенно хорошо для Лисп-машин, которые вплоть до уровня аппаратуры спроектированы для Лиспа и системное программное обеспечение которых написано на Лиспе.

 

Заключение

В курсовой работе были рассмотрены основные функции и особенности языка программирования LISP и отличительные особенности его диалектов.

Современные диалекты языка LISP можно рассматривать как мощные интерактивные системы программирования. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, сам язык LISP претерпевает серьезные изменения - развиваются средства языка, предназначенные для обработки нетрадиционных для LISP типов данных: массивов, векторов, матриц; появляются некоторые средства управления памятью (пакеты), отсутствующие в LISP. Серьезные изменения претерпевают и управляющие структуры. Появились несвойственные природе языка LISP функции, заимствованные из Фортрана, Алгола, Паскаля, Си: Do, Loop, Goto , Case и прочие, позволяющие пользователю, незнакомому с принципами функциональных языков, легко переходить на LISP. Качество программ снижается, зато возрастает популярность языка. Во-вторых, если на первом этапе развития LISP -системам была присуща небольшая скорость обработки данных и серьезные ограничения на емкость используемой оперативной памяти, то современные Лисп-системы уже могут соперничать по этим параметрам с такими языками, как Си, Паскаль и др. Использование LISP - машин вообще практически снимает ограничения памяти и быстродействия.

Для ПЭВМ ограничения по памяти и быстродействию все еще остаются существенными. Однако положение не безнадежно. Развитие LISP - систем для ПЭВМ идет сегодня по трем различным направлениям. Первое связано с увеличением емкости памяти, которая может использоваться LISP - системой. С этой целью ряд компаний разработал версии языка Golden Common Lisp, использующие расширения оперативной памяти и виртуальную память. Второе направление связанно с повышением быстродействия LISP - систем. Третье направление состоит в разработке эффективных компиляторов программ с языка LISP в традиционные языки (чаще всего в язык Си).

Положительным нововведением в современные диалекты языка можно считать псевдоассемблерные команды, которые позволяют оперировать основными регистрами машины и организовывать прерывания на уровне DOS и BIOS. Кроме того, многие LISP - системы имеют хорошие интерфейсы с другими языками (Фортран, Паскаль, Ассемблер, Си), что позволяет повысить эффективность прикладных LISP - программ.

Если же говорить о глобальной тенденции развития самой идеологии языка LISP, то очевидно, что она связана с созданием объектно - ориентированных версий языка как наиболее пригодных для реализации систем ИИ.

Анализ существующих языков обработки символьной информации, использование их для реализации интеллектуальных систем, а также сравнение тенденций развития этих языков позволяют сделать несколько замечаний.