在编程的世界里，语言的选择如同选择一位舞伴，有的轻盈优雅，有的沉稳可靠，而Lisp无疑是其中的优雅舞者之一。尽管诞生于1958年，Lisp依然在现代编程中大放异彩，正如Paul Graham所言：“Lisp是数学，数学永远不会过时。”今天，我们将通过一个简单的例子，来探讨如何用Lisp实现一个基本的数据库，专门用来存储MP3歌曲的信息。
CD 和记录 🎵
首先，我们需要定义我们的数据结构。我们的数据库将包含多条CD记录，每条记录包含以下四个信息：
- CD标题
- 艺术家信息
- 评价信息（满分10分）
- 是否被烧录（布尔值）
1. 数据结构的定义
在Lisp中，我们可以使用列表（list）和属性表（property list，简称plist）作为数据结构。列表类似于Python中的列表，而属性表则更像Python的字典。我们可以用以下代码定义一个CD记录：
(defun make-cd (title artist rating ripped)
(list :title title :artist artist :rating rating :ripped ripped))使用示例：
(make-cd "Roses" "Kathy Mattea" 7 t)这将返回一个结构化的CD记录：
(:TITLE "Roses" :ARTIST "Kathy Mattea" :RATING 7 :RIPPED T)2. 录入 CD 记录 📜
接下来，我们需要一个地方来存储这些CD记录。我们可以定义一个全局变量*db*（遵循Lisp的命名约定），并利用PUSH宏来添加新的记录：
(defvar *db* nil)
(defun add-record (cd)
(push cd *db*))现在，我们可以将make-cd和add-record结合起来，方便地将新的CD记录添加到数据库中。
3. 数据库的格式化输出 🎉
为了查看数据库中的内容，我们需要一个更友好的输出格式。我们可以使用dolist宏来遍历数据库，并用format函数来格式化输出：
(defun dump-db ()
(dolist (cd *db*)
(format t "~{~a:~10t~a~%~}" cd)))调用(dump-db)后，我们将看到如下格式的输出：
TITLE: Pork Face ARTIST: Laddy RATING: 9 RIPPED: T TITLE: Roses ARTIST: Kathy Mattea RATING: 7 RIPPED: T
改进用户交互 💬
使用add-record来添加CD记录显得有些繁琐，因此我们可以编写一个函数来提示用户输入CD信息。以下是一个简单的用户输入函数示例：
(defun prompt-read (prompt)
(format *query-io* "~a: " prompt)
(force-output *query-io*)
(read-line *query-io*))结合prompt-read和make-cd，我们可以创建一个更友好的用户接口：
(defun prompt-for-cd ()
(make-cd
(prompt-read "Title")
(prompt-read "Artist")
(or (parse-integer (prompt-read "Rating") :junk-allowed t) 0)
(y-or-n-p "Ripped [y/n]: ")))保存和加载数据库 💾
为了防止数据丢失，我们可以将数据库保存到文件中，并能够在下次加载时读取。以下是保存和加载的代码示例：
(defun save-db (filename)
(with-open-file (out filename :direction :output :if-exists :supersede)
(with-standard-io-syntax
(print *db* out))))
(defun load-db (filename)
(with-open-file (in filename)
(with-standard-io-syntax
(setf *db* (read in)))))查询数据库 🔍
有了数据库，我们当然需要查询的功能。我们可以使用remove-if-not函数来筛选出符合条件的记录：
(defun select (selector-fn)
(remove-if-not selector-fn *db*))
(defun artist-selector (artist)
#'(lambda (cd) (equal (getf cd :artist) artist)))调用示例：
(select (artist-selector "Kathy Mattea"))更新和删除记录 ✂️
为了使数据库更加灵活，我们还可以添加更新和删除的功能。这可以通过mapcar和remove-if等函数实现：
(defun update (selector-fn &key title artist rating (ripped nil ripped-p))
(setf *db*
(mapcar
#'(lambda (row)
(when (funcall selector-fn row)
(if title (setf (getf row :title) title))
(if artist (setf (getf row :artist) artist))
(if rating (setf (getf row :rating) rating))
(if ripped-p (setf (getf row :ripped) ripped)))
row) *db*)))
(defun delete-rows (selector-fn)
(setf *db* (remove-if selector-fn *db*)))
update 函数的逐行解析
这段代码定义了一个 update 函数，用于更新数据库 *db* 中符合条件的CD记录。该函数使用一个选择器函数（selector-fn）来匹配需要更新的记录，并通过关键字参数提供更新的内容。我们将逐行解释它的功能和关键点。
(defun update (selector-fn &key title artist rating (ripped nil ripped-p))- 功能:
update函数的目的是更新数据库中的CD记录。 - 参数:
selector-fn: 一个函数，用于选择需要更新的记录。该函数会传递给funcall，并对每个CD记录进行过滤。&key: 关键字参数，允许用户指定哪些属性需要更新。包括：title: 新的标题（如果提供）。artist: 新的艺术家名称（如果提供）。rating: 新的评分（如果提供）。(ripped nil ripped-p): 是否已翻录。ripped-p是一个标志，表示是否传递了ripped参数。默认值为nil。
- 要点:
&key用于定义关键字参数，这在Lisp中是一种便捷的方式来传递可选参数。(ripped nil ripped-p)定义了一个特殊的关键字参数ripped，并通过ripped-p检查该参数是否实际被传递。
(setf *db*
(mapcar
#'(lambda (row)
(when (funcall selector-fn row)
(if title (setf (getf row :title) title))
(if artist (setf (getf row :artist) artist))
(if rating (setf (getf row :rating) rating))
(if ripped-p (setf (getf row :ripped) ripped)))
row) *db*)))- 功能: 该部分的核心是使用
mapcar函数来遍历*db*中的每一条CD记录，并对每一条记录进行更新。如果某条记录符合selector-fn的选择条件，则根据传入的关键字参数更新相应的字段。 - 详细解释:
setf *db*:setf用于修改全局变量*db*，将其设置为mapcar函数的结果。mapcar的作用是对*db*列表中的每一条记录应用指定的函数。
mapcar:mapcar用于遍历*db*列表，并对每条记录row应用一个匿名函数（lambda）。- 每次迭代都会将当前的
row传递给匿名函数，匿名函数根据条件选择是否更新该记录。
lambda函数:- 匿名函数（
lambda）接收每一条记录row，并通过funcall调用selector-fn来决定是否对该记录进行更新。 selector-fn是一个选择器函数，它接收row作为参数，返回t或nil，表示是否需要更新该记录。
- 匿名函数（
when (funcall selector-fn row):funcall调用selector-fn，并将row作为参数传递。如果selector-fn对该row返回t，则进入when语句块，执行更新操作。
- 属性更新操作:
if title (setf (getf row :title) title):- 如果
title参数不为nil，则使用setf更新该记录的:title属性为新的title值。 if artist (setf (getf row :artist) artist):- 类似地，如果
artist参数不为nil，则更新该记录的:artist属性。 if rating (setf (getf row :rating) rating):- 如果
rating参数不为nil，则更新该记录的:rating属性。 if ripped-p (setf (getf row :ripped) ripped):- 如果
ripped-p为t，表示用户传递了ripped参数，则更新该记录的:ripped属性。注意这里是通过ripped-p来判断是否传递了ripped参数，而不是直接判断ripped的值。这允许用户显式地将ripped设置为nil或t。
row的返回:- 无论记录是否被更新，
lambda函数都会返回row，并将其包含在新的列表中。mapcar将这些记录组成一个新的数据库列表。
- 无论记录是否被更新，
关键点和难点解析
- 使用
selector-fn进行条件选择:
- 该函数的灵活性体现在它允许用户通过一个选择器函数（
selector-fn）来指定需要更新的记录。这个设计非常通用，用户可以传递任意的选择逻辑，从而实现复杂的过滤条件。
- 关键字参数的使用:
- 关键字参数（
&key）使得函数调用更加灵活。用户可以选择只更新某几个字段，而不必传递所有字段的值。 (ripped nil ripped-p)是一种较为高级的用法，它不仅允许用户传递ripped值，还可以检测用户是否传递了这个参数。这使得ripped可以显式地设置为nil或t。
mapcar的使用:
mapcar是一个常用的函数式编程工具，用于对列表中的每个元素应用一个函数，并返回一个新列表。这里它被用来遍历*db*，并返回一个更新后的数据库。
setf和getf的使用:
setf是Lisp中的通用赋值操作符，用于修改数据结构中的值。在这里，它被用来更新属性列表（plist）中的值。getf用于从属性列表中获取指定键的值。通过setf和getf的组合，可以修改属性列表的某个键值对。
示例
假设数据库 *db* 中有以下CD记录：
(setq *db* (list (make-cd "Title1" "Artist1" 5 t)
(make-cd "Title2" "Artist2" 4 nil)
(make-cd "Title3" "Artist3" 3 t)))现在，我们希望将所有评分为 5 的CD的标题更新为 "New Title"，可以这样调用 update 函数：
(update (where :rating 5) :title "New Title")调用后，数据库中的第一条记录的标题将被更新为 "New Title"，而其他记录保持不变。
结论 🎊
通过上述步骤，我们用Lisp成功实现了一个简单的数据库，能够存储、查询、更新和删除CD记录。尽管Lisp的语法可能让初学者感到陌生，但它的优雅与强大在实际应用中会让你感受到编程的乐趣。希望你在探索Lisp的旅程中，能够感受到这位优雅舞伴所带来的无限魅力。
参考文献 📚
- 编程之禅. (2021). 用 Lisp 实现一个简单的数据库. Retrieved from 编程之禅
(defun make-cd (title artist rating ripped)
(list :title title :artist artist :rating rating :ripped ripped))
(defvar *db* nil)
(defun add-record (cd) (push cd *db*))
(defun dump-db ()
(dolist (cd *db*)
(format t "~{~a:~10t~a~%~}~%" cd)))
(defun prompt-read (prompt)
(format *query-io* "~a: " prompt)
(force-output *query-io*)
(read-line *query-io*))
(defun prompt-for-cd ()
(make-cd
(prompt-read "Title")
(prompt-read "Artist")
(OR (parse-integer (prompt-read "Rating") :junk-allowed t) 0)
(y-or-n-p "Ripped [y/n]: ")))
(defun add-cds ()
(loop (add-record (prompt-for-cd))
(if (not (y-or-n-p "Another?[y/n]: ")) (return))))
(defun save-db (filename)
(with-open-file (out filename
:direction :output
:if-exists :supersede)
(with-standard-io-syntax
(print *db* out))))
(defun load-db (filename)
(with-open-file (in filename)
(with-standard-io-syntax
(setf *db* (read in)))))
(defun select (selector-fn)
(remove-if-not selector-fn *db*))
(defun where (&key title artist rating (ripped nil ripped-p))
#'(lambda (cd)
(and
(if title (equal (getf cd :title) title) t)
(if artist (equal (getf cd :artist) artist) t)
(if rating (equal (getf cd :rating) rating) t)
(if ripped-p (equal (getf cd :ripped) ripped) t))))
(defun update (selector-fn &key title artist rating (ripped nil ripped-p))
(setf *db*
(mapcar
#'(lambda (row)
(when (funcall selector-fn row)
(if title (setf (getf row :title) title))
(if artist (setf (getf row :artist) artist))
(if rating (setf (getf row :rating) rating))
(if ripped-p (setf (getf row :ripped) ripped)))
row) *db*)))
(defun delete-rows (selector-fn)
(setf *db* (remove-if selector-fn *db*)))这段代码实现了一个简单的CD数据库管理系统，可以添加、查询、更新和删除CD记录，并支持数据库的加载和保存。我们将逐步分析每一个部分的功能和关键点。
1. make-cd: 创建 CD 记录
(defun make-cd (title artist rating ripped)
(list :title title :artist artist :rating rating :ripped ripped))- 功能:
make-cd函数用于创建一个新的CD记录。每个CD记录是一个列表，包含标题(:title)、艺术家(:artist)、评分(:rating)和是否已翻录(:ripped)。 - 要点:
- 使用
list函数创建一个属性列表（property list，简称 plist），其键（以冒号开头，如:title）是符号，值是函数参数。 - 属性列表在Lisp中是一种常见的数据结构，使用
getf函数可以访问键对应的值。
2. *db*: 数据库变量
(defvar *db* nil)- 功能: 这是一个全局变量，用于存储所有CD记录。最初它被设置为
nil，表示数据库为空。 - 要点:
*db*是一个全局变量，遵循Common Lisp中全局变量的命名习惯，即用星号包围变量名。- 使用
defvar定义全局变量，如果该变量已经存在，defvar不会重新初始化。
3. add-record: 添加记录到数据库
(defun add-record (cd) (push cd *db*))- 功能: 将一个CD记录添加到数据库中。
- 要点:
- 使用
push将CD记录添加到*db*列表的头部。push是一个高效的操作，因为它直接修改列表的指向。
4. dump-db: 打印数据库内容
(defun dump-db ()
(dolist (cd *db*)
(format t "~{~a:~10t~a~%~}~%" cd)))- 功能: 遍历
*db*，逐条打印每个CD记录的属性和值。 - 要点:
dolist用于遍历数据库中的每个CD记录。format函数用于格式化输出。这里的~{~a:~10t~a~%~}格式化字符串用于按键值对的形式打印CD的元数据。
5. prompt-read: 从用户输入读取数据
(defun prompt-read (prompt)
(format *query-io* "~a: " prompt)
(force-output *query-io*)
(read-line *query-io*))- 功能: 提示用户输入信息，并读取用户输入的字符串。
- 要点:
format用于显示提示信息。force-output确保提示信息立即输出，而read-line则从用户输入中读取一行文本。
6. prompt-for-cd: 提示用户输入CD信息
(defun prompt-for-cd ()
(make-cd
(prompt-read "Title")
(prompt-read "Artist")
(or (parse-integer (prompt-read "Rating") :junk-allowed t) 0)
(y-or-n-p "Ripped [y/n]: ")))- 功能: 提示用户输入CD的详细信息，并创建并返回一个CD记录。
- 要点:
- 使用
prompt-read函数提示用户输入标题和艺术家。 parse-integer将用户输入的评分转换为整数，如果输入的内容不是有效的数字，则返回0（使用了:junk-allowed选项）。- 使用
y-or-n-p确认CD是否已经翻录。它是一个用于读取y/n回答的函数。
7. add-cds: 循环添加多个CD记录
(defun add-cds ()
(loop (add-record (prompt-for-cd))
(if (not (y-or-n-p "Another?[y/n]: ")) (return))))- 功能: 支持用户通过循环方式添加多个CD记录，直到用户选择停止。
- 要点:
loop用于无限循环，直到用户选择不再添加CD。- 每次循环调用
add-record添加新CD，并通过y-or-n-p确认是否继续。
8. save-db: 保存数据库到文件
(defun save-db (filename)
(with-open-file (out filename
:direction :output
:if-exists :supersede)
(with-standard-io-syntax
(print *db* out))))- 功能: 将数据库保存到指定文件中。
- 要点:
with-open-file打开一个文件进行输出，:if-exists :supersede表示如果文件存在则覆盖。with-standard-io-syntax设置标准的I/O语法，确保数据结构可以正确地读/写。print将数据库的内容输出到文件。
9. load-db: 从文件加载数据库
(defun load-db (filename)
(with-open-file (in filename)
(with-standard-io-syntax
(setf *db* (read in)))))- 功能: 从指定文件中加载数据库。
- 要点:
- 与
save-db类似使用with-open-file打开文件进行读取。 read函数从文件中读取数据库数据，并使用setf将其赋值给*db*。
10. select: 选择符合条件的CD记录
(defun select (selector-fn)
(remove-if-not selector-fn *db*))- 功能: 选择所有满足
selector-fn条件的CD记录。 - 要点:
remove-if-not用于过滤列表，保留所有满足selector-fn函数返回true的元素。
11. where: 构造选择条件
(defun where (&key title artist rating (ripped nil ripped-p))
#'(lambda (cd)
(and
(if title (equal (getf cd :title) title) t)
(if artist (equal (getf cd :artist) artist) t)
(if rating (equal (getf cd :rating) rating) t)
(if ripped-p (equal (getf cd :ripped) ripped) t))))- 功能: 根据给定的键（如
title、artist、rating等）构造一个选择函数，用于在select函数中进行过滤。 - 要点:
&key允许参数按关键字传递。- 返回一个匿名函数（
lambda），该函数根据传递的条件对每个CD记录进行匹配。
12. update: 更新符合条件的CD记录
(defun update (selector-fn &key title artist rating (ripped nil ripped-p))
(setf *db*
(mapcar
#'(lambda (row)
(when (funcall selector-fn row)
(if title (setf (getf row :title) title))
(if artist (setf (getf row :artist) artist))
(if rating (setf (getf row :rating) rating))
(if ripped-p (setf (getf row :ripped) ripped)))
row) *db*)))- 功能: 更新数据库中所有符合
selector-fn条件的CD记录。 - 要点:
- 使用
mapcar遍历*db*，对每个符合条件的CD记录进行更新。 setf更新属性列表中的对应属性。
13. delete-rows: 删除符合条件的CD记录
- 功能: 删除所有满足
selector-fn条件的CD记录。 - 要点:
remove-if移除列表中符合条件的元素。
(defun delete-rows (selector-fn)
(setf *db* (remove-if selector-fn *db*)))总结
这段代码实现了一个简单的CD数据库系统，使用Common Lisp的基本数据结构和控制流来管理数据。代码的关键点包括：
- 使用属性列表存储CD记录。
- 提供了增删改查的操作。
- 使用函数式编程风格（如
selector-fn）进行选择和过滤。
通过这些功能，用户可以灵活地管理和操作CD数据库。