Lisp語言：列表（List）

終於開始討論列表了，列表是Lisp的精華之一，也是學習Lisp的難點之一。

列表的精彩之處在於，它不僅僅是Lisp中的一種數據結構，它也是Lisp語言的構成部分，Lisp語言中的所有語句都是一個列表。
反觀我們常見的編程語言，語言中的語句有特定的語法，而這些語法只有編譯器可以理解，用編程語言自己去解釋自己幾乎就成了一個不可能完成的任務。
舉個例子，看看下面的java語句：

int i = j + 10 ;

這句代碼給java編譯器去解釋是很簡單的，i的值會等於j加10.
不過，如果給你下面名叫myString這個字符串：

String myString = "int i = j + 10 ;"

你能否通過java代碼解析myString，並準確理解這行代碼的意義？
對於一般程序員來講這個任務幾乎是不可能完成的。當然，對於大牛來講是可以的，不過是用java語言寫一個java編譯器而已。

而Lisp程序員就幸運多了，不用成爲大牛也可以通過Lisp語言解析Lisp語句，因爲Lisp語句本身就是一個列表，如下面的代碼：

(setf i (+ j 10))

以上語句就是一個列表，通過Lisp語言的列表操作函數可以輕易地解析出其中的所有元素。當然，單純地解析語句還不能算是一個編譯器，要做一個Lisp編譯器還需要很多工作。

更爲幸運的是，Lisp語言中提供了eval函數，把一個列表當參數傳遞給eval函數，eval函數會解析並運行該參數，就像是在Lisp語言中提供了一個現成的Lisp編譯器。
就像下面的代碼：

(defun eval-test ()
        (setf j 5)
        (eval '(setf i (+ j 10)))
        (format *query-io* "i is: ~A ~%" i))

其中(setf i (+ j 10))被輕鬆地編譯執行了。
在這裏編譯期和運行期的界限被模糊了，我們有時會分不清我們是在寫程序還是在編譯程序。這也就是爲什麼Lisp被稱之爲“可以編寫語言的語言”。

有關“可以編寫語言的語言”，更多的內容我們在討論宏（macro）的時候深入討論，在這裏只是開始討論列表而已。

如果我們在學習Lisp中的列表時把列表當作一個單純的數據結構會比較簡單一些，所以我們就先從數據結構的角度先了解一下列表。
其實，就是把列表當作一個簡單的數據結構，我們也無法在一篇文章中完全介紹它，所以我們分幾篇文章來討論列表。

因爲常規語言中沒有對應的數據結構，我們首先需要解釋一下什麼是Lisp語言中列表。
Lisp語言中的列表可以簡單地理解爲圓括號包圍的一堆數據，數據之間用空格隔開，像下面這個就是一個列表：

(a b c)

以上列表包含三個元素，分別是a ,b  和c。
下面還有一個列表的樣例：

(abc 10 efg hi)

以上列表包含四個元素，分別是abc, 10 , efg和hi。
列表中單個的元素被稱作原子（atom）

列表的元素不一定需要是原子，可以是另一個列表，如下面這樣：

(a b (abc 10 efg hi) c)

以上列表有四個元素，分別是a , b  , (abc 10 efg hi)和 c。

如果我們希望創建一個列表，賦予變量my-list，下面這樣是不行的：

(setf my-list (a b c))

原因是Lisp語言解釋器把(a b c)當作一行語句，嘗試運算它，運算時會把a當作函數名，而b和c當作是參數。

正確的寫法應該是：

(setf my-list '(a b c))

其中的'符號表示後面的列表不需要進行計算。

另外一種寫法是：

(setf my-list (quote (a b c)))

第一中寫法中的'(a b c)其實就是(quote (a b c))的簡寫。

再還有一種寫法是：

(setf my-list (list 'a 'b 'c))

其中list函數用於創建列表，將元素'a， 'b 和'c組合成一個列表。
以上三個語句可以認爲是等價的。

創建了列表就需要訪問它，常規的訪問某個位置的函數是nth，形式如下：

(nth 0 my-list)

以上函數返回my-list中的第一個元素，可以發現nth函數同樣是以0爲下標起始點的，也就是說下面的函數會返回my-list的第8個元素：

(nth 7 my-list)

如果希望對列表進行遍歷，可以使用loop函數，形式如下： 

         (loop for x in my-list do
                (format *query-io* "~a::" x))

以上函數對my-list進行遍歷，逐個輸出元素的值。


此外，因爲列表的特殊性，Lisp語言還提供了car和cdr兩個函數對列表進行操作。
car函數返回列表的第一個元素，如：

(car my-list)

以上函數返回my-list中的第一個元素，以原子的方式返回。
結合上面的定義，(car my-list)的返回值是A.

而cdr函數返回列表第一個元素以後的所有元素，返回時是一個列表。如下面的函數：

(cdr my-list)

結合以上的定義，該函數返回(B C)


更爲有趣的是cdr函數中的d字符可以重複，如cddr，或者是cdddr。
其中cddr返回第二個元素以後的所有元素，而cdddr返回第三個元素以後的所有元素。d的重複次數最多爲四次，cddddr這樣是合法的，而cdddddr會報錯。

Lisp中還可以通過(cadr my-list)這樣的形式表示(car (cdr my-list))
這樣返回的是my-list中第二個元素，以原子的形式返回。
同樣，其中的d字符可以，最多重複三次，如caddr, cadddr這樣。


如果希望往一個列表添加元素，可以使用append函數，形式如下：

(append my-list '(d))

結合上面對my-list的定義，my-list的值是(A B C)，所以以上函數返回(A B C D)

注意函數(append my-list '(d))並不會改變列表my-list的值，它只是返回了一個新的列表，新的列表中包含了my-list中的值和新添加的值。

如果希望操作my-list，讓my-list多一個元素D，需要將代碼寫成這樣：

(setf my-list (append my-list '(d)))

以上就是lisp中列表的一些基本操作。
不過列表的操作遠不止這些，更多的列表操作我們在以後的文章中討論。