在编程的世界里，Lisp就像一位神秘的武术大师，教我们如何在代码与数据之间游刃有余。正如电影《功夫熊猫》中阿宝所学到的那样：“蜡在右手，蜡在左手，蜡在上，蜡在下”，每一个动作都是为了掌握更深的技巧。今天，我们就跟随Lisp的脚步，深入探讨全局变量和列表的奥秘。

🧙‍♂️ Lisp的神奇：代码即数据

Lisp的名字来源于“List Processing”，其核心思想就是通过列表来处理数据。你可以把Lisp视作一个魔法师，它允许你将代码视为数据，反之亦然。这种特性被称为“同构性”（homoiconicity），是其他编程语言所无法企及的。通过这种强大的能力，你将能够以独特的方式操控程序。

⚔️ 恶魔般的全局变量

在这个充满力量的世界中，全局变量就像是双刃剑，既能为你带来便利，也可能让你陷入危险的境地。全局变量的定义如下：

(defvar *symbol-for-global-variable* "optional initial value" "I LOVE DOC strings")

这里的*my-var*是我们定义全局变量的惯例，耳罩样式的星号告诉我们：“小心！我有可能是个危险分子！”为什么说全局变量有“恶魔潜力”呢？因为你可以在任何函数中读取和修改它的值，甚至在REPL中也可以随意操作。这种特性让我们在某些情况下可以轻松实现功能，但在其他情况下却可能导致难以追踪的错误。

🔮 动态作用域

全局变量的另一个特性是“动态作用域”（Dynamic Scope），它就像是历史的奇妙扭曲，让“恶”变成了“善”。动态作用域允许你在函数中访问全局变量，这种设计理念虽然古怪，却为我们提供了强大的灵活性。

📜 列表的力量

在Lisp中，列表是数据的基本形式。你可以通过list操作符来创建列表：

(list 1 2 3 4)

这将返回一个包含四个元素的列表 (1 2 3 4)。但Lisp的魅力不仅于此，它的列表可以包含任何类型的对象：

(list 1 #\a "2" 'symbol-name #'print)

这将返回一个包含数字、字符、字符串、符号和函数的列表 (1 #\a "2" SYMBOL-NAME #<FUNCTION PRINT>)。Lisp的列表就像是一个百宝箱，里面装满了各种各样的宝藏。

🚀 列表操作的多样性

Lisp提供了丰富的操作符，让我们可以对列表进行各种操作。例如，我们可以使用car和cdr来获取列表的第一个元素和剩余部分：

(car *mylist*)   ; => 1
(cdr *mylist*)   ; => (2 3 4 5)

这就像是打开一扇窗，透过它我们可以一览无余。更有趣的是，Lisp的列表操作是无副作用的，意味着我们在操作列表时不会改变原始数据。

🎩 赋值与修改

在Lisp中，setf是一个强大的赋值操作符，它可以让你随意修改列表中的元素。比如，想把第二个元素改为99：

(setf (second *mylist*) 99)

这时，*mylist*将变为 (1 99 3 4 5)。就像魔法师挥动魔杖，瞬间改变了世界。

✨ 便捷的列表创建

如果你觉得使用list创建列表太繁琐，可以通过单引号简化操作：

'(1 2 symbol-1 symbol-2 "a string")

这将返回相同的列表，而不需要额外的函数调用。这样一来，编写代码就像是在书写诗篇，优雅而简洁。

🌈 结论：Lisp的无限可能

Lisp以其独特的全局变量和强大的列表操作，为我们提供了无尽的编程可能。无论是定义全局变量，还是操作列表，Lisp都展现出其独特的魅力和灵活性。正如武术的每一个动作都蕴含着深刻的哲理，Lisp的每一行代码也都在诉说着编程的美妙。

在这个充满挑战与机遇的编程世界中，掌握Lisp的技巧就像是获得了无与伦比的力量。让我们继续探索，发现更多编程的乐趣吧！

面向记忆的学习材料

任务目标

快速学习并记住 Common Lisp 中关于全局变量和列表的相关知识

知识点： Lisp 的命名由来
题目： Lisp 的名称源自于哪个短语?
选项：
A) List Processing
B) Logic In Simple Programming
C) Language for Intelligent System Programming
D) Logical Instruction Set Programming

正确答案： A

解析： Lisp 是 "List Processing"（列表处理）的缩写。这个名称反映了 Lisp 语言的核心特性,即它主要用于处理列表数据结构。在 Lisp 中,代码本身也是以列表的形式表示的,这种特性被称为同像性(homoiconicity)。

速记提示： 记住 "List" 这个关键词,Lisp = List Processing。

知识点： Lisp 的同像性
题目： Lisp 语言的哪个特性使得它可以将代码作为数据处理,反之亦然?
选项：
A) 动态作用域
B) 垃圾回收
C) 同像性
D) 函数式编程

正确答案： C

解析： Lisp 的同像性(homoiconicity)是指代码和数据使用相同的表示形式。这使得 Lisp 可以轻松地将代码作为数据处理,或将数据作为代码执行。这是 Lisp 独特而强大的特性,使其在元编程方面具有显著优势。

速记提示： 同像性 = 代码即数据,数据即代码。

知识点： 全局变量的命名约定
题目： 在 Common Lisp 中,全局变量和参数通常使用什么命名约定?
选项：
A) 全部大写
B) 驼峰命名法
C) 下划线分隔
D) 星号包围(earmuffs)

正确答案： D

解析： Common Lisp 中,全局变量和参数通常使用星号(*)包围的命名方式,例如 *my-var。这种命名约定被称为 "earmuffs"(耳罩),目的是提醒开发者这是一个具有潜在"邪恶"(全局影响)的变量。虽然不是所有人都同意这个约定,但它在 Common Lisp 社区中被广泛使用。

速记提示： 全局变量戴"耳罩"(var*)。

知识点： defvar 的特性
题目： 使用 defvar 定义全局变量时,如果变量已存在,重新编译 defvar 语句会发生什么?
选项：
A) 变量值会被更新
B) 变量值保持不变
C) 会抛出错误
D) 变量会被重新创建

正确答案： B

解析： 使用 defvar 定义的全局变量具有特殊性质。如果变量已经存在,重新编译 defvar 语句不会改变变量的现有值。这个特性使得 defvar 适合用于定义那些只需要初始化一次的全局变量。只有在变量首次被引入 Lisp 镜像时,defvar 中的初始值才会生效。

速记提示： defvar 定义的变量,重编译不改值。

知识点： defparameter 的特性
题目： defparameter 与 defvar 在重新编译时的主要区别是什么?
选项：
A) defparameter 不允许重新编译
B) defparameter 每次重新编译都会重新绑定值
C) defparameter 只能用于定义常量
D) defparameter 不支持文档字符串

正确答案： B

解析： defparameter 和 defvar 的主要区别在于,每次重新编译 defparameter 定义时,变量都会被重新绑定到指定的值。这使得 defparameter 更适合用于定义那些可能需要在开发过程中频繁更改的设置或参数。而 defvar 则只在变量首次定义时设置初始值。

速记提示： parameter 参数可变,每次编译都更新。

知识点： defconstant 的用途
题目： 在 Common Lisp 中,defconstant 的主要用途是什么?
选项：
A) 定义可变的全局变量
B) 定义不可变的常量
C) 定义局部变量
D) 定义函数

正确答案： B

解析： defconstant 用于定义不可变的全局常量。一旦使用 defconstant 定义了一个常量,尝试修改它的值将会导致错误。这保证了常量的不可变性。然而,在实际应用中,除了给数值命名外,defconstant 的使用相对较少,更常见的做法是使用 defparameter 来定义"常量"。

速记提示： constant 常量,定义后不可变。

知识点： 列表的创建
题目： 在 Common Lisp 中,下列哪个表达式不能创建列表 (1 2 3 4)?
选项：
A) (list 1 2 3 4)
B) '(1 2 3 4)
C) (quote (1 2 3 4))
D) (cons 1 2 3 4)

正确答案： D

解析： 前三个选项都是创建列表 (1 2 3 4) 的有效方式。(list 1 2 3 4) 使用 list 函数创建列表,'(1 2 3 4) 使用引用语法创建列表,(quote (1 2 3 4)) 是 '(1 2 3 4) 的完整形式。然而,(cons 1 2 3 4) 是错误的语法,cons 函数只接受两个参数,用于创建点对(dotted pair)或向列表头部添加元素。

速记提示： cons 只接受两个参数,不能直接创建多元素列表。

知识点： car 和 first 函数
题目： 在 Common Lisp 中,car 和 first 函数的区别是什么?
选项：
A) car 用于获取列表的第一个元素,first 用于获取第二个元素
B) car 只能用于点对,first 只能用于列表
C) car 和 first 完全等价,没有区别
D) car 是低级操作,first 是高级抽象

正确答案： C

解析： 在 Common Lisp 中,car 和 first 函数实际上是完全等价的。它们都用于获取列表的第一个元素。car 源自早期 Lisp 实现中的"Contents of Address Register"(地址寄存器内容),而 first 是一个更具描述性的名称。使用哪个主要是风格选择,first 可能更易读,特别是对新手来说。

速记提示： car 和 first 同义,都取列表首元素。

知识点： cdr 和 rest 函数
题目： 对于列表 (1 2 3 4),调用 (cdr list) 会返回什么?
选项：
A) 1
B) (2 3 4)
C) (1 2 3)
D) 4

正确答案： B

解析： cdr 函数(等同于 rest 函数)返回原列表除去第一个元素后的剩余部分。对于列表 (1 2 3 4),调用 (cdr list) 会返回 (2 3 4)。cdr 源自"Contents of Decrement Register"(减量寄存器内容),而 rest 是一个更直观的名称,表示"剩余部分"。

速记提示： cdr/rest 返回去掉首元素后的子列表。

知识点： nth 函数
题目： 对于列表 (a b c d e),表达式 (nth 2 list) 会返回什么?
选项：
A) b
B) c
C) d
E) e

正确答案： B

解析： nth 函数用于获取列表中的第 n 个元素,其中 n 从 0 开始计数。因此,对于列表 (a b c d e),(nth 2 list) 会返回第三个元素,即 c。要注意的是,nth 的计数是从 0 开始的,这与一些其他编程语言中的索引习惯一致。

速记提示： nth 从 0 开始数,2 对应第三个元素。

知识点： append 函数
题目： 表达式 (append '(1 2) '(3 4)) 的结果是什么?
选项：
A) (1 2 3 4)
B) ((1 2) (3 4))
C) (1 2 (3 4))
D) (3 4 1 2)

正确答案： A

解析： append 函数用于连接两个或多个列表。它会创建一个新的列表,包含所有输入列表的元素,按照输入的顺序依次排列。因此,(append '(1 2) '(3 4)) 会返回 (1 2 3 4)。需要注意的是,append 不会修改原有的列表,而是创建一个新的列表。

速记提示： append 追加,按序连接多个列表。

知识点： reverse 函数
题目： 对列表 (1 2 3 4) 调用 reverse 函数后,原列表会发生什么变化?
选项：
A) 列表变为 (4 3 2 1)
B) 列表保持不变
C) 列表变为 ((1 2 3 4))
D) 列表变为 (1)

正确答案： B

解析： reverse 函数会返回一个新的、元素顺序相反的列表,但不会修改原始列表。这是因为 Common Lisp 中的大多数列表操作函数都不会产生副作用(side effects)。因此,对列表 (1 2 3 4) 调用 reverse 后,原列表保持不变,而函数返回一个新的列表 (4 3 2 1)。

速记提示： reverse 返回新列表,原列表不变。

知识点： push 函数
题目： 如果 mylist 的值为 (2 3 4),执行 (push 1 mylist) 后,mylist 的新值是什么?
选项：
A) (2 3 4 1)
B) (1 2 3 4)
C) ((1) 2 3 4)
D) (1 (2 3 4))

正确答案： B

解析： push 函数是少数会修改原列表的函数之一。它将一个新元素添加到列表的开头,并更新列表变量。因此,执行 (push 1 mylist) 后,mylist 的新值为 (1 2 3 4)。push 是一个宏,它实际上是使用 cons 和 setf 的组合来实现的。

速记提示： push 推到列表头部,改变原列表。

知识点： pop 函数
题目： 如果 mylist 的值为 (1 2 3 4),执行 (pop mylist) 会返回什么,mylist 的新值又是什么?
选项：
A) 返回 1,mylist 变为 (2 3 4)
B) 返回 (1),mylist 变为 (2 3 4)
C) 返回 4,mylist 变为 (1 2 3)
D) 返回 (1 2 3 4),mylist 变为 nil

正确答案： A

解析： pop 函数会移除并返回列表的第一个元素,同时修改原列表。因此,执行 (pop mylist) 会返回 1,并且 mylist 的新值变为 (2 3 4)。pop 也是一个宏,它结合了 car 和 setf 的功能。

速记提示： pop 弹出并返回首元素,改变原列表。

知识点： 引用语法
题目： 在 Common Lisp 中,'(1 2 symbol) 等价于以下哪个表达式?
选项：
A) (list 1 2 'symbol)
B) (quote (1 2 symbol))
C) (cons 1 (cons 2 (cons 'symbol nil)))
D) (1 2 symbol)

正确答案： B

解析： 在 Common Lisp 中,'是 quote 的简写形式。因此,'(1 2 symbol) 完全等价于 (quote (1 2 symbol))。这种语法用于创建字面量列表,其中的符号不会被求值。这与使用 list 函数创建列表不同,因为 list 函数会对其参数进行求值。

速记提示： 单引号'是 quote 的简写,用于创建字面量列表。

知识点： setf 的通用性
题目： 以下哪个不是 setf 的有效用法?
选项：
A) (setf (car list) 10)
B) (setf (aref array 0) 20)
C) (setf (length list) 5)
D) (setf (gethash key hash-table) value)

正确答案： C

解析： setf 是一个通用的赋值操作符,可以用于多种数据结构。选项 A 用于设置列表的第一个元素,B 用于设置数组的元素,D 用于设置哈希表的值,这些都是有效的用法。然而,C 是无效的,因为 length 是一个只读函数,不能直接设置列表的长度。

速记提示： setf 通用赋值,但不能改变只读属性如 length。

知识点： 列表元素的修改
题目： 如果 mylist 的值为 (1 2 3 4 5),执行 (setf (second mylist) 99) 后,mylist 的新值是什么?
选项：
A) (1 99 3 4 5)
B) (99 2 3 4 5)
C) (1 2 99 4 5)
D) (1 2 3 4 99)

正确答案： A

解析： setf 可以与访问函数如 second 结合使用,来修改列表的特定位置的元素。second 函数返回列表的第二个元素,因此 (setf (second mylist) 99) 会将列表的第二个元素改为 99。执行后,mylist 的新值为 (1 99 3 4 5)。

速记提示： (setf (second list) value) 修改第二个元素。

知识点： 列表的替换
题目： 执行 (setf mylist '(1 2 3)) 后,mylist 的值会是什么?
选项：
A) (1 2 3)
B) ((1 2 3))
C) (list 1 2 3)
D) '(1 2 3)

正确答案： A

解析： 这个 setf 表达式直接将 mylist 变量的值设置为新的列表 (1 2 3)。'(1 2 3) 创建了一个字面量列表,然后 setf 将这个新列表赋值给 mylist。执行后,mylist 的值就是 (1 2 3)。这展示了如何使用 setf 完全替换一个列表变量的内容。

速记提示： setf 可直接替换整个列表。

总结

本学习材料涵盖了 Common Lisp 中关于全局变量和列表操作的重要概念:

Lisp 的命名由来和同像性特征。
全局变量的定义方式(defvar, defparameter, defconstant)及其特性。
列表的创建方法,包括 list 函数和引用语法。
常用的列表操作函数,如 car/first, cdr/rest, nth, append, reverse 等。
修改列表的函数,如 push, pop, setf 等。
引用语法('和 quote)的使用。
setf 的通用性和在列表操作中的应用。

这些知识点构成了 Common Lisp 中处理全局变量和列表的基础。掌握这些概念将有助于理解和编写 Lisp 程序,特别是在处理数据结构和进行元编程时。建议读者多加练习这些操作,以熟练掌握 Lisp 的列表处理能力。

参考文献

http://l1sp.org

Common Lisp - The Tutorial Part 6.pdf

https://github.com/rabbibotton/clog/blob/main/LEARN.md