【Scheme】Scheme 编程学习(一) —— 概述

Scheme 编程学习(一) —— 概述

概述

Scheme 是一种编程语言是 Lisp 语言一种变体。在 1975 年由 Guy Steele 与 Gerry Sussman 在 麻省理工的 (Artificial Intelligence lab) 人工智能实验室中发明。 它是 Lisp 的第一个要求其实现使用尾调用优化，并着重于函数式编程和递归算法的方言。

Scheme 编程语言采用极简主义的设计理念，指定一个小的标准核心，并提供强大的语言扩展工具。它广泛用于教育和科学组织，尤其是在人工智能领域。编写 Scheme 的程序员被非正式地称为“Schemers”。

与 Lisp 一样，Scheme 使用 lambda 关键字来表示匿名函数。例如，语句

(lambda (x y) (+ x y))

表示将两个数字相加的匿名函数。

总体来说 scheme 语言有三个特点

• Simple 语法简洁
• Weird 有些奇怪
• Cool 很酷

I - 语法简洁

代码由括号，符号和空格组成，示例

(operator operand1 operand2 ...)

此行代码由 一个操作符，多个操作数组成，操作符在最前面，操作数在后面。

1.1 - 算数运算 (arithmetic)

看几个具体的例子

(+ 3 4)

结果为 7， 3 + 4 = 7

(* 3 4)

结果为 12 ，3 * 4 = 12

(+ 5 (* 2 2))

结果为 9 , 首先计算 (* 2 2) 的结果为 4，然后计算
5 + 4 , 结果为 9。

1.2 - 定义值

我们可以定义符号，类似于其他语言里的声明变量，示例

(define foo 3)

定义 foo 为 3，我们也可以使用这个符号

(* foo 4)

结果为 12 ， foo * 4 等价于 3 * 4 = 12

1.3 - 定义函数

(define (square x) (* x x))

表示函数需要一个入参数，函数体为

(* x x)

调用函数的方法

(square 4)

根据之前的内容，显而易见结果为 16

我们也可以将这个函数用于复合的表达式，例如

(+ (square 2) (square 3))

将两个平方相加，4 + 9 = 13 。

1.4 - 流程控制 (flow control)

(define (abs x)
		(if (< x 0)
			(- x)
			x))

根据条件不同，执行不同的运算。

(abs -3) ; 结果为 3
(abs 3)  ; 结果为 3

注： ‘;’ 为 scheme 语言中的注释

这个函数体为简单的 if 表达式，如果 x 小于 0 ，则调用 减号函数，可近似写成 C 语言：

if (x < 0)
	return -x;
else 
	return x;

1.5 - 数据结构

一种数据结构，例如要写出 value1, value2, value3 … 则需要使用 list 函数，

(list value1 value2 value3 ...)

比如 排序

(sort (list 4 6 5))

我们将 (4 6 5) 作为一个实参传入 sort 函数，得到结果为：

(4 5 6)

再如 获取长度

(length (list 1 2)) ; 结果为 2

II - 奇怪 Weird

• Functional (sort of) 函数式编程
• Dynamic typing 动态输入
• Functions are values 函数可以被视作值
• Code is data, data is code 代码可以视作数据，数据也可以被视作代码

2.1 - 函数式 list 操作

(define my-list (list 1 2 3 4 5))

符号定义可以使用 - 符号

(car my-list)

car 函数用于从 list 中获取第一个元素 即 1

(cdr my-list)

cdr 函数用于从 list 中获取除了第一个元素之外的所有元素即 (2 3 4 5)

2.2 - 函数式 递归 (recursion)

(define (sum list-of-values)
		(if (= 1 (length list-of-values))
			(car list-of-values)
			(+ (car list-of-values)
			   (sum (cdr list-of-values)))))

第一行定义了函数，最后一行调用了同一个函数，但是不同的实参，之后详细解释

调用：

(sum (list 5 6 7)) ; 结果为 18

2.3 - 动态输入

(define (improved-code q) (* q 2))
(define code-quality 4)
(improved-code code-quality) 
; 结果为 8
(define code-quality "poor")
; expects type as 1st argument, 

2.4 - 函数可被视作值

(define (double value) (* 2 value))
(define (apply-twice fn value) (fn (fn value)))
(apply-twice double 2)

结果为 8

2.5 - 数据或代码

(define (swap-2-3 x)
		(list (car x)
		      (caddr x)
		      (cadr x)))

(swap-2-3 (list 1 2 3))
; (1 3 2)
(swap-2-3 (list "a" "b" "c"))
; ("a" "c" "b")

caddr 首先执行 cdr 再执行 cdr 最后执行 car

(define four-over-two (list '/ 4 2)); '/ 表示为符号不为操作符

four-over-two 
; (/ 4 2)，此处将代码视作数据

(eval four-over-two)
; 2, 此处将代码视作代码

我们定义个新的符号

(define switched (swap-2-3 four-over-two))
(eval switched)
; 1/2 

首先对 four-over-two 应用 swap-2-3 函数，然后其结果为 ('/ 2 4) ，然后 eval 此 list 为 2 / 4 = 1/2

switched
; (/ 2 4)

仅仅打印 switched 其结果为 list ('/ 2 4) 。

III - 酷 Cool

• Generics without all that syntax 泛型编程不需要关心很多语法，比如类型在 java, c, c++ 中等等。
• Generating code is easy 相对其他编程语言生成代码相对简单很多
• Metaprogramming is just … programming 元编程在 Scheme 中与正常编程无异
• Macros are (almost) just more code 宏是一种元编程，在 Scheme 中只是更多的代码
• There are a lot of brackets 在 Scheme 代码中有很多括号

有一个笑话，当时美国有些先进的设备使用的是 Scheme ，有间谍去偷代码，但是只偷到了最后一部分，打开之后全是括号

3.1 - Everything is generic 一切皆是泛型

(sort (list 5 4 3 2 1) <)
; (1 2 3 4 5)
(sort (list "abc" "a" "ab") string)
; ("a" "ab" "abc")

3.2 - 生成代码相对简单

(define (d-zero name)
		(list 'define (string->symbol name) 0))

(d-zero "a")
; (define a 0)

(define (d-zero-list names) (map d-zero names))
(define mycode (d-zero-list (list "a" "b" "c")))

mycode
;((define a 0) (define b 0) (define c 0))

map 为对 list 中的每一项应用方法，现在 mycode 为是数据不是代码。

(for-each eval mycode); 对 mycode 进行代码化执行
a
; 检查 a 得到 0
b
; 检查 b 得到 0
c
; 检查 c 得到 0
d
; 检查 d 得到 reference to undefined identifier : d 
; 引用了未定义的标识符 : d

3.3 - 元编程 Metaprogramming

(define (double x) (* x 2))
(define (square x) (* x x))

(define (apply-twice fn x)
	    (fn (fn x)))

(define (quadruple x) (apply-twice double x))
(define (pow-4 x)     (apply-twice square x))

定义如上几个函数

(quadruple 3)
; 12 
(pow-4 3)
; 81

quadruple 为 4 倍的意思
pow-4 为 4 次方的意思

3.4 - 非常好的点

• Macros - write your own language 宏即是定义自己的语言
• You must acknowledge the power of the brackets 你必须承认括号的强大

IV - 讨论

安装 Scheme 的方法

$ sudo apt-get install plt-scheme
$ mzscheme
Welcome to MzScheme v4.2.1 [3m], Copyright (c) 2004-2024
>

参考链接：

• Computer Hope
  https://www.computerhope.com/jargon/s/scheme-lang.htm

• B 站视频链接
  https://www.bilibili.com/video/BV1Kt411R7Wf/?buvid=XXE990CEB23B1D1819E08BAB8BA9E5030DF71&is_story_h5=false&mid=w9zjrwgjhhuN%2BWvQaI9Jug%3D%3D&p=1&plat_id=114&share_from=ugc&share_medium=android&share_plat=android&share_session_id=a1846e02-d408-429c-9843-77bf8e0131ba&share_source=WEIXIN&share_tag=s_i×tamp=1687740580&unique_k=wz8isfW&up_id=37852030