🌿 引言

Roy Orbison的经典歌曲《Pretty Woman》唱道：“No one could look as good as you, mercy”。如果我们把这句话改编一下，大概也能形容Common Lisp的loop宏：“No one could look as complex as you, mercy”。确实，Common Lisp的loop宏既强大又复杂，初学者望而却步，老手也常常爱恨交加。但，正如那句老话所说：“熟能生巧”。今天，我们将一起走进这个充满魔力的世界，理解它的结构和美妙，并在最后聊聊format的神奇用法。

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⚙️ Loop：循环的艺术

你可能听说过，loop宏是Common Lisp中最具争议的特性之一。有人称它为“代码炼金术”，因为它可以将复杂的迭代逻辑简化为简洁的表达式；也有人认为它丑陋，与Lisp的优雅相违背。不过，无论你站在哪一边，loop的确是一个值得掌握的工具。

让我们从loop的基本语法开始：

(loop 
    [ 设置循环 ]
    do 
    [ 每次循环要做的事情 ]
)

虽然这个结构看起来很简单，但别被它骗了，它能做的事情远不止这些。比如，loop可以像for循环一样使用：

(loop for N from 1 to 5 do (print N. )✅

👣 步进与集合遍历

在loop中，你可以定义循环变量的步进方式，例如：

• for N from 1 to 5 by 2：每次步进2
• for N in '(1 2 3 4 5)：遍历列表
• for N across #(1 2 3 4 5)：遍历向量

这些功能让loop成为处理不同集合类型时极为灵活的工具。

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🔄 条件与重复

有时候，我们希望循环在特定条件下执行，这就是“条件循环”的用武之地：

• while：只要条件为真，循环继续
• until：直到条件为真，循环停止

(loop for y = 3 then (1- y) do (print y) until (= y 0))

在这个例子中，循环从y = 3开始，每次减1，直到y等于0时停止。

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🎯 收集与计算

loop不仅能执行操作，还能收集数据或进行计算。你可以使用以下关键词来收集或计算循环的结果：

• collect：将每次循环的值收集到一个列表中
• sum：计算循环变量的总和
• maximize 和 minimize：查找最大或最小值
• count：计算循环次数

例如：

(loop for x from 1 to 5 sum x)

这个循环将返回1到5的总和。

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🎨 格式化：数据的艺术展示

如果说loop是Common Lisp的“硬核”特性，那么format则是它的“柔情一面”。format函数不仅能将数据转换为字符串，还能生成各种格式的输出。其基本语法如下：

(format stream control-string data1 data2…)

其中，stream可以是t（表示标准输出），而control-string则是用于控制输出格式的指令。

当我们想输出简单的字符串时，可以这样做：

(format t "Hello, World!")

这与(princ "Hello, World!")的效果相同。但format的强大之处在于它可以处理复杂的格式化需求。例如，~A指令可以将任何Lisp对象转换为字符串：

(format t "Hello ~A, Lisp is cool!" "David")

输出结果为：

Hello David, Lisp is cool!

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💡 列表与递归格式化

format的另一个强大功能是处理列表。通过使用~{}指令，我们可以对列表中的每个元素进行格式化：

(format t “~{Element of List: ~A~%~}” ‘(1 2 3 4))

输出结果为：

Element of List: 1
Element of List: 2
Element of List: 3
Element of List: 4

这非常适合在处理数据结构时生成漂亮的输出。让我们逐步分析这段Common Lisp代码：

背景介绍

format是Common Lisp中的一个强大的输出格式化函数，能够根据给定的格式字符串输出文本。它可以将数据以多种方式格式化，并且支持复杂的格式控制。

逐行解释

1. (format t ...):

• format函数的第一个参数t表示输出到标准输出（通常是控制台）。如果你想将输出保存到字符串中，可以使用nil或其他输出流。

1. "~{Element of List: ~A~%~}":

• 这是格式字符串，包含了格式控制符。
• ~{ ... ~}: 这是一个循环格式控制符，表示对后面的列表进行迭代处理。
• Element of List:: 在每次迭代中，这个字符串将与列表中的每个元素一起输出。
• ~A: 这是一个格式控制符，表示以“人类可读”的格式输出其后面的参数（在这里是列表中的元素）。
• ~%: 这个控制符表示输出一个换行符。每个元素之后都会换行。

1. '(1 2 3 4):

• 这是一个列表，包含数字1、2、3和4。单引号（'）表示这是一个常量列表，而不是一个表达式。

整体功能

将这整段代码结合起来，它的作用是遍历列表'(1 2 3 4)，对每个元素执行格式化输出，输出结果如下：

Element of List: 1
Element of List: 2
Element of List: 3
Element of List: 4

难点和要点讲解

• 循环格式控制符~{ ... ~}:
• 这个控制符允许我们对列表的每个元素执行相同的格式化操作，非常适合在输出时需要重复模式的场景。
• 输出控制符的组合使用:
• ~A和~%的结合使用使得每个元素后都能换行输出，这是非常常见的输出格式需求。
• 列表的处理:
• Common Lisp对列表的处理非常灵活，使用单引号定义常量列表让我们能够方便地直接使用和输出。

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📚 结论

通过这篇文章，我们浅尝了Common Lisp中两个最具代表性的特性：loop和format。它们一个是功能强大的循环控制工具，另一个则是灵活的格式化输出利器。虽然它们最初看起来可能让人望而生畏，但一旦掌握，它们将成为你编程工具箱中不可或缺的利器。

对于那些对loop和format感兴趣的读者，我强烈推荐进一步阅读相关文档和在线资源。正如Roy Orbison所唱的：“No one could look as good as you, mercy”，这些工具也是如此——一旦你理解了它们的美妙之处，你就会发现它们的无穷魅力。

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📖 参考文献

1. Common Lisp Loop Tutorial
2. Common Lisp Format Reference
3. The CLHS pages on Format
4. Jean-Philippe Paradis, Hexstream

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面向记忆的学习材料

帮助用户快速学习并记住Common Lisp中Loop和Format的基本用法和概念。

知识点： Loop的基本结构
题目： 以下哪个是Loop宏的基本结构？
选项：
A. (loop [设置循环] collect [每次执行的操作])✅
B. (loop [设置循环] do [每次执行的操作])✅
C. (loop [设置循环] repeat [每次执行的操作])✅
D. (loop [设置循环] for [每次执行的操作])✅

知识点： Loop的For样式循环
题目： 以下哪个不是Loop中For样式循环的正确用法？
选项：
A. for N from 1 to 5✅
B. for N in ‘(1 2 3 4 5)✅
C. for N across #(1 2 3 4 5)✅
D. for N between 1 and 5✅

知识点： Loop的While/Until样式循环
题目： 以下哪个是Loop中While样式循环的正确用法？
选项：
A. for N = X then Z while (condition) do (body)✅
B. for N = X then Z until (condition) do (body)✅
C. while N = X then Z do (body)✅
D. until N = X then Z do (body)✅

知识点： Loop的Repeat用法
题目： 如何使用Loop的repeat关键字重复执行5次操作？
选项：
A. (loop repeat 5 do (print “Hello”))✅
B. (loop 5 times do (print “Hello”))✅
C. (loop for i in 1 to 5 do (print “Hello”))✅
D. (loop while i < 5 do (print “Hello”))✅

知识点： Loop的条件语句
题目： 以下哪个不是Loop中的条件语句？
选项：
A. if (condition) do (body) else do (body) end✅
B. when (condition) do (body) end✅
C. unless (condition) do (body) end✅
D. do (body) until (condition) end✅

知识点： Loop的真/假条件
题目： 哪个Loop关键字用于检查循环中是否存在满足条件的情况？
选项：
A. always✅
B. never✅
C. thereis✅
D. sometimes✅

知识点： Loop的Initially/Finally
题目： 如何在Loop循环开始前执行一些代码？
选项：
A. before (body)✅
B. start (body)✅
C. initially (body)✅
D. begin (body)✅

知识点： Loop的解构
题目： 以下哪个是Loop中正确的解构绑定用法？
选项：
A. (loop for (a b) of ‘((1 2) (3 4) (5 6)) do (print (list a b)))✅
B. (loop for (a b) from ‘((1 2) (3 4) (5 6)) do (print (list a b)))✅
C. (loop for (a b) in ‘((1 2) (3 4) (5 6)) do (print (list a b)))✅
D. (loop for (a b) = ‘((1 2) (3 4) (5 6)) do (print (list a b)))✅

知识点： Loop的收集关键字
题目： 以下哪个不是Loop中的数据收集关键字？
选项：
A. collect✅
B. append✅
C. nconc✅
D. gather✅

知识点： Loop的变量声明
题目： 如何在Loop中声明一个新的循环变量？
选项：
A. declare new-loop-var✅
B. let new-loop-var✅
C. with new-loop-var✅
D. var new-loop-var✅

知识点： Format函数的基本语法
题目： Format函数的基本语法是什么？
选项：
A. (format stream control-string data1 data2…)✅
B. (format control-string stream data1 data2…)✅
C. (format data1 data2… control-string stream)✅
D. (format data1 data2… stream control-string)✅

知识点： Format的流参数
题目： 在Format函数中，如果想要返回格式化后的字符串而不是直接输出，stream参数应该设置为什么？
选项：
A. t✅
B. nil✅
C. string✅
D. return✅

知识点： Format的基本指令
题目： 在Format函数中，哪个指令用于插入换行符？
选项：
A. ~N✅
B. ~L✅
C. ~%✅
D. ~R✅

知识点： Format的~A指令
题目： Format函数中的~A指令的作用是什么？
选项：
A. 将参数转换为ASCII码✅
B. 将参数转换为数组✅
C. 将任何Lisp类型转换为其打印表示✅
D. 将参数转换为地址✅

知识点： Format的列表处理
题目： 在Format函数中，如何处理列表中的每个元素？
选项：
A. 使用~L…~L指令✅
B. 使用~E…~E指令✅
C. 使用~{…~}指令✅
D. 使用~[…~]指令✅

知识点： Format的数值格式化
题目： 在Format函数中，哪个指令用于以固定小数位数格式化浮点数？
选项：
A. ~D✅
B. ~F✅
C. ~E✅
D. ~G✅

知识点： Format的条件指令
题目： Format函数中，哪个指令用于根据参数值选择不同的输出格式？
选项：
A. ~{…~}✅
B. ~[…~]✅
C. ~(…)✅
D. ~<…~>✅

知识点： Format的递归处理
题目： 在Format函数中，如何递归处理嵌套的列表结构？
选项：
A. 使用~{~{…~}~}✅
B. 使用~[~[…~]~]✅
C. 使用~(~(…~)~)✅
D. 使用~<~<…~>~>✅

知识点： Format的大小写转换
题目： 在Format函数中，哪个指令用于将输出转换为大写？
选项：
A. ~U✅
B. ~C✅
C. ~:@(✅
D. ~S✅
正确答题： C

总结

本学习材料涵盖了Common Lisp中Loop和Format的基本概念和用法。Loop宏是一个强大的迭代工具，提供了多种循环方式，包括For样式、While/Until样式、条件循环等。它还支持数据收集、变量声明和解构绑定等高级特性。Format函数是Lisp中通用的数据到字符串的转换工具，提供了丰富的指令来控制输出格式，包括基本的字符串插入、数值格式化、列表处理和条件输出等。掌握这些工具将大大提高你的Lisp编程效率和代码可读性。

参考文献

1. Common Lisp – The Tutorial Part 8.pdf
2. http://www.lispworks.com/documentation/lw50/CLHS/Body/22_ck.htm
3. https://www.hexstreamsoft.com/articles/common-lisp-format-reference/clhs-summary/