“我需要一种新的药物，一种不会让我生病的药物，一种不会让我撞车或让我感觉像被压扁三英尺的药物。”
——Huey Lewis and the News

虽然本教程开头引用的歌词看似和编程无关，但事实上，Lisp 的哈希表和数组系统的设计，确实能让我们像嗑药一样上瘾（纯属比喻，绝无鼓励滥用物质的意思）。在本篇文章中，我们将探索 Common Lisp 中的三位数据结构好伙伴：关联列表（a-list）、属性列表（p-list）和哈希表（hash table），以及数组和向量的奇妙世界。准备好了吗？让我们开始吧！

🔗 关联列表 - 一切从 cons 开始

关联列表（a-list）是 Lisp 中最简单的键值对存储方式之一。它由一串 cons 对象组成，而 cons 是 Lisp 中的基本构建块。每个 cons 对象都包含两个部分，分别是 car（存储键）和 cdr（存储值）。你可以将其想象为一对好朋友，一个负责记住事情，另一个负责行动。

(defparameter *alist* (list (cons 1 2) (cons 3 4)))

在上面的例子中，我们创建了一个简单的关联列表，包含两个键值对 (1 . 2) 和 (3 . 4)。我们可以通过 assoc 函数快速查找键所对应的值：

(assoc 3 *alist*) ; => (3 . 4)
(car (assoc 3 *alist*)) ; => 3
(cdr (assoc 3 *alist*)) ; => 4

通过 acons，我们可以向关联列表中非破坏性地添加一对新朋友：

(acons 5 6 *alist*) ; => '((1 . 2)(3 . 4)(5 . 6))

不过，关联列表的一个限制是它的查找速度较慢，因为所有键值对都存储在一个线性列表中。要查找某个键值对，必须遍历整个列表，直到找到匹配的键。

🌀 用 LOOP 显示所有的键值对

LOOP 是 Lisp 中的强大工具，可以非常优雅地遍历列表。我们可以用它来显示关联列表中的所有键和值：

(loop for (k . v) in *alist* do (format t "k=~A v=~A~

输出结果将会是：

k=1 v=2
k=3 v=4

🧳 属性列表 - 有序的键值对

属性列表（p-list）则是一种更加节省空间的键值对存储方式。它的奇数位置存储键，偶数位置存储值。这就像一对对情侣并排而坐，每个键旁边都是它的值。

(defparameter *plist* (list 'k1 'v1 'k2 'v2 'k3 'v3))

在这个例子中，k1、k2 和 k3 是键，而 v1、v2 和 v3 是对应的值。我们可以通过 getf 来查找键对应的值：

(getf *plist* 'k2) ; => v2

你还可以通过 remf 删除元素，或者通过 setf 替换某个键对应的值：

(setf (getf *plist* 'k3) 3)

🌀 用 LOOP 遍历属性列表

同样，我们可以使用 LOOP 来遍历属性列表中的键值对：

(loop for (k v) on *plist* by #'cddr do (format t "k=~A v=~A

输出结果将会是：

k=K1 v=V1
k=K3 v=3

🚀 哈希表 - 性能之选

当你需要更快的查找速度时，哈希表就是你的不二选择。与关联列表和属性列表不同，哈希表使用哈希函数来快速定位键值对。它的效率远高于线性结构，尤其是当你有大量数据时。

创建一个哈希表非常简单：

(defparameter *hash* (make-hash-table :test #'equal))

然后你可以向哈希表中添加键值对：

(setf (gethash "key1" *hash*) "value1")
(setf (gethash "key2" *hash*) "value2")

查找键值对也非常简单：

(gethash "key1" *hash*) ; => "value1"

如果你不再需要某个键值对，可以用 remhash 删除它：

(remhash "key2" *hash*)

🌀 用 LOOP 遍历哈希表

哈希表也可以通过 LOOP 来遍历：

(loop for key being the hash-keys of *hash* collect key)
(loop for value being the hash-values of *hash* do (print value))

📊 数组与向量 - 索引式存储

在某些情况下，你可能需要通过数字索引来访问数据，这时数组和向量将派上用场。数组可以是多维的，而向量则是单维数组。

我们可以用 make-array 创建一个三维数组：

(defparameter *array* (make-array '(9 9 9) :initial-element 1))

这个数组的每个维度都包含9个元素，初始值为1。你可以通过 aref 来访问特定位置的元素：

(aref *array* 1 2 3) ; => 1

向量是单维数组，创建方法如下：

(vector 1 2 3)

访问向量元素同样使用 aref：

(aref #(1 2 3) 0) ; => 1

🌀 用 LOOP 遍历向量

你可以使用 LOOP 来遍历向量中的元素：

(loop for n across #(1 2 3) do (print n))

输出结果将会是：

1
2
3

结论

Common Lisp 提供了多种数据结构来满足不同场景下的需求。从简单的关联列表到性能优越的哈希表，再到通过索引访问的数组和向量，每种数据结构都有其独特的优势。正如歌曲所说，我们都在寻找一种不会让我们“生病”的新工具，而 Lisp 的这些数据结构，或许就是我们在编程世界里一直寻找的“新药”。

参考文献

1. Common Lisp Documentation
2. CLOG GitHub Repository - https://github.com/rabbibotton/clog

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面向记忆的学习材料

快速学习并记住Common Lisp中哈希表和数组的重要概念和用法。

知识点： 哈希表的创建
题目： 在Common Lisp中,如何创建一个哈希表,其中键可以是字符串?
选项：
A) (make-hash-table)
B) (make-hash-table :test #'eql)
C) (make-hash-table :test #'equal)
D) (create-hash-table)

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正确答案： C

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解析： 在Common Lisp中,创建哈希表使用make-hash-table函数。默认的测试函数是eql,但它不适用于字符串。要使用字符串作为键,应该使用:test #'equal选项。

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速记提示： "equal for strings" - 记住equal用于字符串键的哈希表。

知识点： 哈希表的操作
题目： 在Common Lisp中,如何向哈希表hash中添加键"key1"和值"value1"?
选项：
A) (add-to-hash hash "key1" "value1")
B) (setf (gethash "key1" hash) "value1")
C) (push "key1" "value1" hash)
D) (insert hash "key1" "value1")

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正确答案： B

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解析： 在Common Lisp中,向哈希表添加键值对使用setf和gethash的组合。正确的语法是(setf (gethash key hash-table) value)。

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速记提示： "setf gethash" - 记住setf和gethash的组合用于设置哈希表的值。

知识点： 关联列表(a-list)的创建
题目： 如何在Common Lisp中创建一个包含键值对(1 . 2)和(3 . 4)的关联列表?
选项：
A) '((1 . 2)(3 . 4))
B) (list (cons 1 2) (cons 3 4))
C) (make-alist '(1 2 3 4))
D) (create-association-list 1 2 3 4)

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正确答案： B

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解析： 创建关联列表可以使用list函数和cons函数的组合。每个键值对用cons创建,然后用list组合成列表。注意不要使用引用的字面量形式,因为它会创建一个常量,不易修改。

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速记提示： "list of cons" - 记住关联列表是cons对象的列表。

知识点： 关联列表的查找
题目： 在Common Lisp中,如何在关联列表alist中查找键为3的项?
选项：
A) (find 3 alist)
B) (assoc 3 alist)
C) (gethash 3 alist)
D) (lookup 3 alist)

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正确答案： B

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解析： 在关联列表中查找键使用assoc函数。它返回找到的第一个匹配键的整个cons单元。

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速记提示： "assoc for alist" - 记住assoc用于在关联列表中查找。

知识点： 属性列表(p-list)的创建
题目： 在Common Lisp中,如何创建一个包含键值对k1/v1和k2/v2的属性列表?
选项：
A) (make-plist 'k1 'v1 'k2 'v2)
B) '((k1 . v1)(k2 . v2))
C) (list 'k1 'v1 'k2 'v2)
D) (create-property-list :k1 'v1 :k2 'v2)

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正确答案： C

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解析： 属性列表是一个普通的列表,其中奇数位置的元素是键,偶数位置的元素是值。使用list函数可以直接创建这样的列表。

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速记提示： "list of alternating keys and values" - 记住p-list是键值交替的普通列表。

知识点： 属性列表的查找
题目： 在Common Lisp中,如何在属性列表plist中查找键k2的值?
选项：
A) (assoc 'k2 plist)
B) (getf plist 'k2)
C) (gethash 'k2 plist)
D) (get 'k2 plist)

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正确答案： B

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解析： 在属性列表中查找键的值使用getf函数。它直接返回与键对应的值。

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速记提示： "getf for plist" - 记住getf用于在属性列表中获取值。

知识点： 哈希表的遍历
题目： 在Common Lisp中,如何使用loop宏遍历哈希表hash的所有键?
选项：
A) (loop for key in hash collect key)
B) (loop for key being the hash-keys of hash collect key)
C) (loop for (key value) in hash collect key)
D) (loop for key across hash collect key)

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正确答案： B

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解析： 使用loop宏遍历哈希表的键,需要使用"being the hash-keys of"语法。这允许直接访问哈希表的所有键。

显示内容

速记提示： "being the hash-keys" - 记住这个特殊的loop语法用于遍历哈希表的键。

知识点： 数组的创建
题目： 在Common Lisp中,如何创建一个3x3x3的三维数组,初始值都为1?
选项：
A) (make-array '(3 3 3) :initial-element 1)
B) (create-3d-array 3 3 3 :fill 1)
C) (vector 1 1 1 1 1 1 1 1 1)
D) (array 3 3 3 1)

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正确答案： A

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解析： 使用make-array函数创建数组。第一个参数是一个列表,指定每个维度的大小。:initial-element关键字参数用于设置所有元素的初始值。

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速记提示： "make-array with dimensions list" - 记住使用列表指定维度,initial-element设置初始值。

知识点： 数组元素的访问
题目： 在Common Lisp中,如何访问名为array的三维数组中坐标为(1,2,3)的元素?
选项：
A) (array 1 2 3)
B) (aref array 1 2 3)
C) (get-array-element array 1 2 3)
D) (elt array 1 2 3)

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正确答案： B

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解析： 使用aref函数访问数组的元素。第一个参数是数组,后面跟着每个维度的索引。

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速记提示： "aref for array reference" - 记住aref用于访问数组元素。

知识点： 向量的创建
题目： 在Common Lisp中,以下哪种方式可以创建包含元素1、2、3的向量?
选项：
A) (make-vector 1 2 3)
B) (array 1 2 3)
C) #(1 2 3)
D) '(1 2 3)

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正确答案： C

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解析： 在Common Lisp中,可以使用#(…)语法快速创建向量。这是一种特殊的读取语法,直接创建一个包含指定元素的向量。

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速记提示： "#(…) for quick vector" - 记住#语法用于快速创建向量。

知识点： 向量的遍历
题目： 在Common Lisp中,如何使用loop宏遍历向量#(1 2 3)的所有元素?
选项：
A) (loop for n in #(1 2 3) do (print n))
B) (loop for n of #(1 2 3) do (print n))
C) (loop for n across #(1 2 3) do (print n))
D) (loop for n being the elements of #(1 2 3) do (print n))

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正确答案： C

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解析： 使用loop宏遍历向量时,需要使用across关键字。这允许直接访问向量的所有元素。

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速记提示： "across for vector loop" - 记住across用于在loop中遍历向量。

知识点： 关联列表的修改
题目： 在Common Lisp中,如何修改关联列表alist中键为3的值为5?
选项：
A) (setf (assoc 3 alist) 5)
B) (setf (cdr (assoc 3 alist)) 5)
C) (setf (getf alist 3) 5)
D) (modify-alist alist 3 5)

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正确答案： B

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解析： 要修改关联列表中某个键的值,首先使用assoc找到对应的cons单元,然后使用setf和cdr修改其值部分。

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速记提示： "setf cdr of assoc" - 记住修改alist值需要setf、cdr和assoc的组合。

知识点： 属性列表的移除
题目： 在Common Lisp中,如何从属性列表plist中移除键k2及其对应的值?
选项：
A) (remove 'k2 plist)
B) (delete 'k2 plist)
C) (remf plist 'k2)
D) (setf (getf plist 'k2) nil)

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正确答案： C

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解析： 使用remf函数可以从属性列表中移除指定的键及其对应的值。remf是一个宏,它修改原始的属性列表。

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速记提示： "remf for plist removal" - 记住remf用于从属性列表中移除键值对。

知识点： 哈希表的清空
题目： 在Common Lisp中,如何清空哈希表hash中的所有内容?
选项：
A) (clear hash)
B) (empty hash)
C) (setf hash (make-hash-table))
D) (clrhash hash)

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正确答案： D

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解析： 使用clrhash函数可以清空哈希表中的所有内容。这个函数会移除所有的键值对,但保留哈希表对象本身。

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速记提示： "clrhash for clear hash" - 记住clrhash用于清空哈希表。

知识点： 符号的属性列表
题目： 在Common Lisp中,如何获取符号some-symbol的属性列表中键some-key的值?
选项：
A) (get 'some-symbol 'some-key)
B) (getf (symbol-plist 'some-symbol) 'some-key)
C) (symbol-property 'some-symbol 'some-key)
D) (plist-value 'some-symbol 'some-key)

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正确答案： B

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解析： 每个符号都有自己的属性列表。使用symbol-plist函数获取符号的属性列表,然后使用getf函数从中获取特定键的值。

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速记提示： "symbol-plist then getf" - 记住先用symbol-plist获取列表,再用getf获取值。

知识点： 哈希表的测试函数
题目： 在Common Lisp中,如果要创建一个不区分大小写的字符串键的哈希表,应使用哪个测试函数?
选项：
A) #'eql
B) #'equal
C) #'equalp
D) #'string=

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正确答案： C

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解析： 使用#'equalp作为测试函数可以创建一个不区分大小写的字符串键的哈希表。equalp在比较字符串时会忽略大小写。

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速记提示： "equalp for case-insensitive" - 记住equalp用于创建不区分大小写的哈希表。

知识点： 向量和数组的关系
题目： 在Common Lisp中,向量与数组的关系是什么?
选项：
A) 向量和数组是完全不同的数据结构
B) 向量是一维数组的特例
C) 数组是向量的特例
D) 向量和数组是同义词

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正确答案： B

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解析： 在Common Lisp中,向量是一维数组的特例。所有的向量都是数组,但不是所有的数组都是向量。向量提供了一些额外的操作符和语法糖。

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速记提示： "Vectors are 1D arrays" - 记住向量就是一维数组。

知识点： 关联列表的反向查找
题目： 在Common Lisp中,如何在关联列表alist中通过值2查找对应的键?
选项：
A) (find 2 alist :key #'cdr)
B) (rassoc 2 alist)
C) (assoc 2 alist)
D) (member 2 alist :key #'cdr)

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正确答案： B

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解析： 使用rassoc函数可以在关联列表中通过值查找键。它返回第一个匹配值的整个cons单元。

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速记提示： "rassoc for reverse assoc" - 记住rassoc用于关联列表的反向查找。

知识点： 数组元素的修改
题目： 在Common Lisp中,如何将三维数组array中坐标为(1,2,3)的元素的值修改为5?
选项：
A) (setf (array 1 2 3) 5)
B) (setf (aref array 1 2 3) 5)
C) (set-array-element array 1 2 3 5)
D) (modify-aref array 1 2 3 5)

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正确答案： B

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解析： 使用setf和aref的组合可以修改数组中特定位置的元素值。aref用于指定要修改的元素,setf用于设置新值。

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速记提示： "setf with aref" - 记住setf和aref的组合用于修改数组元素。

知识点： 循环遍历哈希表的键值对
题目： 在Common Lisp中,如何使用loop宏同时遍历哈希表hash的键和值?
选项：
A) (loop for (k . v) in hash do (format t "~A: ~A

总结

通过这20道题目,我们涵盖了Common Lisp中哈希表、关联列表、属性列表、数组和向量的主要概念和操作。以下是关键点总结：

1. 哈希表：使用make-hash-table创建,gethash访问,setf和gethash组合添加或修改,remhash删除,clrhash清空。
2. 关联列表(a-list)：用cons创建键值对,list组合,assoc查找键,rassoc反向查找值。
3. 属性列表(p-list)：简单的交替键值列表,getf查找,remf删除。
4. 数组：使用make-array创建,aref访问和修改元素。
5. 向量：一维数组的特例,可用#(…)快速创建。
6. 遍历：loop宏用于遍历各种数据结构,针对不同类型有特定语法。
7. 符号属性：每个符号都有自己的属性列表,可通过symbol-plist访问。

掌握这些概念和操作将帮助你更有效地使用Common Lisp进行编程。记住,选择合适的数据结构对于程序的效率和可读性至关重要。

参考文献

1. Common Lisp - The Tutorial Part 9.pdf
2. https://github.com/rabbibotton/clog/blob/main/LEARN.md
3. Huey Lewis and the News (歌词引用)