Land of Lisp - Barski, ReadingSample - Beck-Shop

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mitp Professional
Land of Lisp
Lisp-Programmierung einfach lernen und originelle Spiele programmieren
von
Conrad Barski
1. Auflage
Land of Lisp – Barski
schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG
Thematische Gliederung:
Funktionale, logische, parallele und visuelle Programmierung
mitp/bhv 2011
Verlag C.H. Beck im Internet:
www.beck.de
ISBN 978 3 8266 9163 8
Inhaltsverzeichnis: Land of Lisp – Barski
Kapitel 1
Der Einstieg in Lisp
In diesem Kapitel werden zunächst die verschiedenen Dialekte von Lisp vorgestellt. Danach
wird ANSI Common Lisp, der Dialekt, den wir in diesem Buch benutzen, näher behandelt.
Schließlich steigen Sie in die Lisp-Programmierung ein, indem Sie CLISP installieren und
testen – die Implementierung von ANSI Common Lisp, mit der Sie alle Lisp-Spiele ausführen können, die Sie in diesem Buch erstellen werden!
1.1
Lisp-Dialekte
Jede Sprache, die den zentralen Prinzipien von Lisp gehorcht, gilt als Lisp-Dialekt. Da diese
Prinzipien so einfach sind, überrascht es nicht, dass inzwischen buchstäblich Hunderte
von Lisp-Dialekten entwickelt worden sind. Weil so viele angehende Lisper zu Übungszwecken ihre eigenen Lisp-Dialekte entwickeln, könnten tatsächlich sogar Tausende halbfertiger Lisps in längst vergessenen Verzeichnissen auf Festplatten des ganzen Planeten vor
sich hindämmern. Die überwiegende Mehrheit der Lisp Community verwendet jedoch die
folgenden zwei Lisps: ANSI Common Lisp (oft abgekürzt als CL) und Scheme.
In diesem Buch arbeiten Sie ausschließlich mit ANSI Common Lisp, dem etwas populäreren der beiden Dialekte. Dennoch können Sie das meiste, was Sie in diesem Buch lernen,
auch in Scheme einsetzen (obwohl sich die Funktionsnamen in den beiden Dialekten etwas
unterscheiden können).
1.1.1
Die Geschichte zweier Lisps
Zwischen ANSI Common Lisp und Scheme gibt es einige tiefgreifende philosophische
Unterschiede, die verschiedene Programmiererpersönlichkeiten ansprechen. Nachdem Sie
mehr über Lisp-Sprachen gelernt haben, können Sie den Dialekt wählen, der Ihnen am
ehesten liegt. Es gibt dabei keine richtige oder falsche Wahl.
Folgender Persönlichkeitstest soll Ihnen bei Ihrer Entscheidung helfen:
33
Kapitel 1
Der Einstieg in Lisp
Wenn Sie A gewählt haben, schätzen Sie die reine Leistungsstärke Ihrer Sprache. Es macht
Ihnen nichts aus, wenn die Sprache wegen einiger pragmatischer Kompromisse Ecken und
Kanten hat, solange Sie kompakten Code schreiben können. Für Sie ist ANSI Common Lisp
die beste Sprache! ANSI Common Lisp stammt direkt von den historischen Lisp-Dialekten
ab, die in Millionen Programmiererstunden entwickelt wurden. Dadurch verfügt es über
eine unglaublich reichhaltige Funktionalität. Sicher, es enthält einige barocke Funktionsnamen, die durch zahllose historische Unfälle entstanden sind, aber mit diesem Lisp können
in den Händen des richtigen Programmierers wahre Wunderwerke entstehen.
Haben Sie sich für B entschieden, dann schätzen Sie saubere und elegante Sprachen. Sie
interessieren sich eher für fundamentale Programmierprobleme und sind glücklich, wenn
Sie sich die Zeit auf einer wunderschönen Wiese vertreiben, über die Schönheit Ihres
Codes nachdenken und gelegentlich einen Forschungsaufsatz über Probleme der theoretischen Informatik verfassen können. Scheme ist die Sprache für Sie! Sie wurde Mitte der
1970er Jahre nach verschiedenen grundsätzlichen Überlegungen zum idealen Lisp von
Guy L. Steele und Gerald Jay Sussman entwickelt. In Scheme geschriebene Programme
sind in der Regel etwas wortreicher, da Schemer mathematisch reinen Code höher schätzen
als möglichst kompakte Programme.
Sollten Sie C favorisieren, wollen Sie alles: die Leistungsstärke von ANSI CL und die mathematische Schönheit von Scheme. Bis heute erfüllt kein Lisp-Dialekt beide Anforderungen
komplett, aber das könnte sich in Zukunft ändern. Eine Sprache, die für Sie geeignet sein
könnte (obwohl diese Behauptung in einem Lisp-Buch an ein Sakrileg grenzt), ist Haskell.
Sie zählt nicht zu den Lisp-Dialekten, ihre Anhänger folgen jedoch Paradigmen, die von
Lispern allgemein geschätzt werden: Sie halten sich an eine einheitliche Syntax, unterstützen native Listen und arbeiten intensiv mit Funktionen höherer Ordnung. Was aber noch
wichtiger ist: Haskell ist (sogar stärker noch als Scheme) extrem streng mathematisch ausgelegt, was es dieser Sprache ermöglicht, eine sehr leistungsstarke Funktionalität unter
einer blitzsauberen Oberfläche zu verbergen. Haskell ist sozusagen ein Wolf im Schafspelz.
Ähnlich wie Lisp ist es eine Sprache, von deren Studium jeder Programmierer profitieren
könnte.
1.1.2
Neue, aufstrebende Lisps
Wie gesagt, es gibt es noch keinen echten Lisp-Dialekt, der beides in sich vereint: die rohe
Kraft und Flexibilität von ANSI Common Lisp und die Eleganz von Scheme. Es tauchen
jedoch einige neue Anwärter am Horizont auf, die dieses Ideal in näherer Zukunft erfüllen
könnten.
Ein vielversprechendes neues Lisp ist Clojure, ein Dialekt, der von Rich Hickey entwickelt
wurde. Clojure baut auf der Java-Plattform auf, so dass es von Haus aus zahlreiche ausgereifte Java-Bibliotheken nutzen kann. Außerdem enthält Clojure einige raffinierte, wohldurchdachte Funktionen, die das Multithreaded Programming erleichtern. Dadurch eignet
es sich als Werkzeug für die Programmierung der anscheinend allgegenwärtigen Mehrkern-CPUs.
Ein anderer interessanter Kandidat ist Arc. Es ist eine echte Lisp-Sprache, die hauptsächlich
von Paul Graham, einem bekannten Lisper, entwickelt wird. Arc befindet sich noch in
einem frühen Stadium der Entwicklung – und die Meinungen darüber, welche Verbesserungen es im Vergleich zu den anderen Lisps bietet, sind sehr geteilt. Außerdem ist seine
34
1.1
Lisp-Dialekte
Entwicklung bis jetzt nur sehr schleppend vorangeschritten. Es wird noch eine Weile dauern, bis man beurteilen kann, ob Arc ein wirklicher Herausforderer sein wird.
Im Epilog werden Sie etwas mehr über Arc und Clojure erfahren.
1.1.3
Lisp-Dialekte für Scriptings
Zu den Lisp-Dialekten, die für das Scripting genutzt werden, zählen:
쐽 Emacs Lisp – wird für das Scripting innerhalb des beliebten (und insgesamt beeindru-
ckenden) Emacs-Texteditors verwendet.
쐽 Guile Scheme – wird in mehreren Open-Source-Anwendungen als Skriptsprache ver-
wendet.
쐽 Script-Fu Scheme – wird in dem Bildbearbeitungsprogramm GIMP verwendet.
Diese Dialekte sind Ableger älterer Versionen des Hauptzweiges von Lisp. Sie werden normalerweise nicht für die Erstellung eigenständiger Anwendungen eingesetzt, sind jedoch
vollwertige Lisp-Dialekte.
1.1.4
ANSI Common Lisp
Um Ordnung in die verwirrende Vielzahl von Dialekten der Sprache zu bringen, entwickelten Mitglieder der verschiedenen Lisp Communities 1981 eine Spezifikation für einen
neuen Dialekt namens Common Lisp. 1986 wurde diese Sprache nach weiteren Anpassungen zum ANSI-Common-Lisp-Standard erhoben. Viele Entwickler älterer Lisp-Versionen
passten ihre Interpreter und Compiler an diesen neuen Standard an, der sich zur beliebtesten Version von Lisp entwickelte und dies bis heute geblieben ist.
Anmerkung
In diesem Buch bezeichnet der Begriff Common Lisp die Version von Common Lisp, die
durch den ANSI-Standard definiert ist.
Ein zentrales Designziel von Common Lisp bestand darin, eine Mehrparadigmen-Sprache
zu entwickeln. Das bedeutet, dass die Sprache viele verschiedene Programmierstile unterstützen sollte. Wahrscheinlich haben Sie schon von der objektorientierten Programmierung
gehört, die in Common Lisp ziemlich elegant realisiert werden kann. Andere Programmierstile, von denen Sie möglicherweise noch nicht gehört haben, sind unter anderem die
funktionale Programmierung, die generische Programmierung und die Programmierung
Domain-spezifischer Sprachen, die allesamt in Common Lisp gut unterstützt werden. Sie
werden jeden dieser und andere Stile in diesem Buch näher kennenlernen.
Einige Tipps für das Arbeiten mit Dateien in CLISP
Der Einfachheit halber wollen wir annehmen, dass Sie jede Funktion direkt in die REPL
eingeben. Beim Durcharbeiten eines Kapitels könnte es jedoch praktischer sein, Ihren
Lisp-Code in eine Textdatei zu schreiben, die Befehle aus dieser Datei zu kopieren und sie
dann in die REPL zu kopieren.
35
Kapitel 1
Der Einstieg in Lisp
Wie bei anderen Programmiersprachen können Sie auch Codedateien komplett in Common Lisp laden, ohne dass Sie die Befehle einzeln in die REPL eingeben müssen. Erstellen Sie beispielsweise eine Datei namens myfile.lisp, die die beiden folgenden Befehle
enthält:
(print "Diese Datei enthaelt")
(print "zwei Befehle, die Text ausgeben.")
Speichern Sie myfile.lisp in einem Verzeichnis und starten Sie dann die CLISP-REPL von
diesem Verzeichnis aus. Geben Sie nun die folgenden Befehle in die CLISP-REPL ein, um
diesen Code zu laden:
> (load "myfile.lisp")
;; Datei myfile.lisp wird geladen…
"Diese Datei enthaelt"
"zwei Befehle, die Text ausgeben."
;; Datei myfile.lisp ist geladen.
T
; (1)
; (2)
Wie Sie sehen, wird der Code in der Datei ausgeführt, indem beide Textzeilen ausgegeben
werden (1) (2). So können Sie den gesamten Code für die Spielbeispiele in diesem Buch in
Lisp-Codedateien eingeben, die jeweils die Endung .lisp haben müssen. Dann können Sie
die Dateien in einem Schritt in die REPL laden. (Falls Sie sich die Mühe sparen wollen,
können Sie alle größeren Beispiele in diesem Buch von http://www.mitp.de/9163 herunterladen. Sie sind bereits in passende Dateien verpackt und können direkt in die REPL
geladen werden.)
Sie können Common Lisp auch in einer funktionsreichen IDE (Integrated Development
Environment; integrierte Entwicklungsumgebung) verwenden. IDEs können normalerweise die Syntax farbig darstellen, bieten problemlosen Zugriff auf die Dokumentation,
helfen Ihnen beim Debuggen Ihrer Programme und unterstützen die Programmentwicklung durch andere hilfreiche Funktionen. Die beliebteste IDE anspruchsvoller Lisper ist
der Texteditor Emacs, der mit der SLIME-Bibliothek zusammenarbeitet. Mehr über
Emacs und SLIME erfahren Sie unter http://www.gnu.org/software/emacs/ bzw.
http://common-lisp.net/project/slime/. Beachten Sie, dass es einen gewissen Aufwand erfordert, Emacs zu erlernen. Im Moment sollten Sie sich jedoch darauf konzentrieren, CLISP zu erlernen und nicht Ihre Kräfte zersplittern, indem Sie gleichzeitig
versuchen, sich Emacs/SLIME anzueignen.
1.2
Der Einstieg in CLISP
Es werden viele großartige Lisp-Compiler angeboten, einer davon bietet sich jedoch besonders für einen leichten Einstieg in Lisp an: CLISP, ein Open Source Common Lisp. CLISP
ist einfach zu installieren und läuft unter jedem Betriebssystem.
Andere beliebte Lisps sind beispielsweise: Steel Bank Common Lisp (SBCL), ein schnelles
Common Lisp, das als etwas schwergewichtiger als CLISP gilt und ebenfalls Open Source
ist; Allegro Common Lisp, ein leistungsstarkes kommerzielles Lisp von Franz, Inc.; LispWorks; Clozure CL sowie CMUCL. Mac-Benutzer sollten LispWorks oder Clozure CL in
Betracht ziehen, die auf ihren Maschinen leichter installiert werden können. Für unsere
Zwecke ist allerdings CLISP die beste Wahl.
36
1.2
Der Einstieg in CLISP
Anmerkung
Ab Kapitel 12 werden wir einige CLISP-spezifische Anweisungen verwenden, die als nicht
standardmäßig gelten. Bis dahin laufen die Beispiele in diesem Buch jedoch mit jeder
beliebigen Implementierung von Common Lisp.
1.2.1
CLISP installieren
Sie können einen CLISP Installer von http://www.clisp.org herunterladen. Er läuft
unter Windows, Mac OS und Linux-Varianten. Auf einem Windows-PC führen Sie einfach
ein Installationsprogramm aus. Auf einem Mac sind einige zusätzliche Schritte erforderlich, die auf der Website beschrieben sind.
Auf dieser Website gibt es mehrere Möglichkeiten, einen Installer herunterzuladen:
쐽 Auf der rechten Seite finden Sie unter OUR OFFICIAL DISTRIBUTION SITES den Link WIN32.
Wenn Sie diesen Link anklicken, erhalten Sie die neueste Version (2.49) von CLISP, mit
der auch die Beispiele in diesem Buch getestet wurden. Diese Version erlaubt ohne besondere Anpassungsmaßnahmen keine Eingabe von deutschen Umlauten.
쐽 Auf der linken Seite finden Sie den Link COMMON LISP ON THE WEB. Wenn Sie diesen
Link anklicken, kommen Sie auf eine weitere Seite. Klicken Sie dort im Abschnitt COMMON LISP DOCUMENTATION den Link http://www.frank-buss.de/lisp/clisp.html
an. Sie kommen auf die Seite BUILDING A WINDOWS CLISP VERSION. Wenn sie dort den
Link OFFICIAL CLISP RELEASE FOR WINDOWS anklicken, erhalten Sie eine ältere Version
von CLISP (Version 2.38, Stand August 2011), mit der Sie auch deutsche Umlaute in
Funktions- und Variablennamen eingeben können.
Wir haben uns hier für die neuere Version ohne Umlaute entschieden.
Auf einer Debian-basierten Linux-Maschine sollte CLISP bereits in Ihren Standardquellen
enthalten sein. Geben Sie einfach apt-get install clisp auf einer Kommandozeile ein –
CLISP wird dann automatisch installiert.
Bei anderen Linux-Distributionen (Fedora, SUSE usw.) können Sie die Standardpakete verwenden, die unter Linux packages auf der CLISP-Website verzeichnet sind. Erfahrene
Linux-Benutzer können CLISP auch aus den Quellen kompilieren.
1.2.2 CLISP ausführen
Um CLISP auszuführen, geben Sie clisp in Ihre Kommandozeile ein. Verläuft alles plangemäß, sehen Sie daraufhin folgende Eingabeaufforderung:
$ clisp
i i i i i i i
ooooo
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8
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8
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Kapitel 1
Der Einstieg in Lisp
Copyright
(c)
Bruno Haible, Michael Stoll 1992, 1993
Copyright
(c)
Bruno Haible, Marcus Daniels 1994-1997
Copyright
(c)
Bruno Haible, Pierpaolo Bernardi, Sam Steingold 1998
Copyright
(c)
Bruno Haible, Sam Steingold 1999-2000
Copyright
(c)
Sam Steingold, Bruno Haible 2001-2006
[1]>
Wie alle Common-Lisp-Umgebungen startet CLISP automatisch in einer sogenannten
Read-Eval-Print Loop (Lesen-Auswerten-Ausgeben-Schleife), kurz REPL. Dadurch können Sie
sofort mit der Eingabe von Lisp-Code beginnen.
Geben Sie probehalber (+ 3 (* 2 4)) ein. Das Ergebnis wird direkt unterhalb des Ausdrucks ausgegeben:
[1]> (+ 3 (* 2 4))
11
Dies zeigt, wie die REPL funktioniert: Sie geben einen Ausdruck ein, dann wertet Lisp den
Ausdruck sofort aus und gibt das Ergebnis zurück. Wenn Sie CLISP schließen wollen,
geben Sie einfach quit ein.
Nachdem CLISP jetzt auf Ihrem Computer läuft, können Sie ein Lisp-Spiel schreiben!
1.3
Was Sie gelernt haben
In diesem Kapitel wurden die verschiedenen Dialekte von Lisp sowie
die Installation von CLISP behandelt. Dabei haben Sie Folgendes gelernt:
쐽 Es gibt zwei Hauptdialekte von
Lisp: Common Lisp und Scheme.
Beide haben eine Menge zu bieten, wir konzentrieren uns in
diesem Buch jedoch auf Common Lisp.
쐽 Common Lisp ist eine Mehrparadigmen-Sprache, was bedeutet,
dass sie viele verschiedene Programmierstile unterstützt.
쐽 CLISP ist eine Common-LispImplementierung, die leicht einzurichten und deshalb hervorragend für Lisp-Novizen geeignet ist.
쐽 Sie können Ihre Lisp-Befehle direkt in die CLISP-REPL eintippen.
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