Расширения и приложения Лиспа
Функциональное программирования
Стиль разработки программ на Лиспе получил название "функциональное программирование" (ФП). Основные положения этого стиля восприняты многими языками программирования с общей логикой уточнения решаемых задач и обобщения решений на основе выбранных специально базовых конструкций:
- Базовые конструкции определяются как строгие функции.
- При необходимости выполняются преобразования программ, (компиляция, оптимизация, ре-факторинг и т.п.) для улучшения эксплуатационных характеристик, связанных с процессами исполнения программ.
- Важный критерий качества программирования - полнота системы решений и универсальность реализованных определений для синтаксически управляемой обработки данных функциями высоких порядков (компилятор и т.п.), что существенно повышает надежность проектов для развивающихся постановок задач.
- Разработка ИС предусматривает выполнение ряда шагов, начальные из которых выполняют роль упрощенных прототипов для реализации последующих, возможно другими, более эффективными, средствами.
Отправляясь от однозначных функций, в Lisp-е обеспечено предельно широкое толкование понятия "значение", объединяющее понятия "структура данных" и "функция":
- Ориентируясь на рекурсивные определения функций, введена схема, достаточно удобная для построения формул, задающих функциональные определения. В качестве примера предложен идеальный Лисп (Pure Lisp).
- Представления функций отображены на множество списков и атомов и определена универсальная функция, по списочному представлению функции и ее аргументов строящая ее результат.
- Изучено расширение функционального языка, достаточное для стандартного программирования, естественного для привычных задач.
Конструирование функций средствами чистого Лиспа доставляет интеллектуальное удовольствие, оно сродни решению математических головоломок. В этом исключительно мощном языке не только реализованы основные средства, обеспечившие практичность и результативность функционального программирования, но и впервые опробован целый ряд поразительно точных построений, ценных как концептуально, так и методически и конструктивно, понимание и осмысление которых слишком отстает от практики применения. Понятийно-функциональный потенциал языка Lisp 1.5 в значительной мере унаследован стандартом Common Lisp, но не все идеи получили достойное развитие. Возможно это дело будущего - для нового поколения системных программистов, но это уже другая история.
По мере накопления опыта реализации Лиспа и других языков сформированы обширные библиотеки функций, весьма эффективно поддерживающих обработку основных структур данных - списков, векторов, множеств, хэш-таблиц, а также строк, файлов, директорий, гипертекстов, изображений. Существенно повысилась результативность системных решений в области работы с памятью, компиляцией, манипулирования пакетами функций и классами объектов. Все это доступно в современных системах, таких как GNU Clisp, Python, CMUCL и др., основная проблема при изучении которых – слишком много всего, разбегаются глаза, трудно выбрать первоочередное. Все это превращает любой диалект Лиспа в практичный инструментарий, обладающий интересными перспективами.
Результативность идей Лиспа подтверждена самой историей развития его диалектов и родственных ему языков программирования. (Pure Lisp, Lisp 1.5, Lisp 2, Interlisp, CommonLisp, MicroLisp, MuLisp, Sail, Hope, Miranda, Scheem, ML, GNU Clisp, CLOS, Emacs, Elisp, xLisp, Vlisp, AutoLisp, Haskell, Python, CMUCL). Стандарт Common Lisp в сравнении с Лиспом от МакКарти имеет ряд отличий, несколько влияющих на программотехнику. GNU Clisp, xLisp, CMUCL соответствуют стандарту Common Lisp.
Продуманность и методическая обоснованность первых реализаций Лиспа позволила быстро накопить опыт решения новых задач, подготовить их для прикладного и теоретического программирования. В настоящее время существуют сотни диалектов Lisp-а и языков функционального программирования на базе Lisp-а, ориентированных на разные классы задач и виды технических средств.
Идеи Лиспа выдержали многолетнюю шлифовку и заслужили достойную оценку специалистов и любителей. Универсальность Лиспа достаточна для моделирования любого стиля программирования. Выразительная сила Лиспа обретает новое дыхание на каждом эволюционном витке развития информационных технологий. Потенциал Лиспа нам еще предстоит раскрыть. Стилистика Лиспа несколько противоречат традиционным подходам к представлению программ. Но это противоречие отступает перед обаянием строгой логики языка. Определение Лисп-систем средствами самого Лиспа дает гибкую основу для развития языка и реализующей его системы программирования. На Лиспе решение задачи выражается в терминах постановки задачи без привлечения реализационных сущностей и интерфейсных эффектов.
Базис Лиспа идеально лаконичен - атомы и простые структуры данных –девять функций и функционалов - обычные функции, которые анализируют, строят и разбирают любые структурные значения (atom, eq, cons, car, cdr), и специальные функционалы, которые управляют обработкой структур, представляющих вычисляемые выражения (quote, cond, lambda, eval).
Синтаксис Лиспа изысканно прост. Разделитель - пробел, ограничители - круглые скобки. В скобки заключается представление функции с ее аргументами. Все остальное - вариации в зависимости от категории функций, определенности атомов и вычислимости выражений, типов значений и структур данных. Функционалы - это одна из категорий функций, используемая при организации управления вычислениями.
Лисп - язык символьной обработки информации. Методы программирования на Лиспе часто наывают "функциональное программирование". Лисп прочно утвердился как эсперанто для задач искусственного интеллекта. К середине семидесятых годов XX века на Лиспе решались наиболее сложные в практике программирования задачи из области дискретной и вычислительной математики, экспериментального программирования, лингвистики, химии, биологии, медицины и инженерного проектирования. На Лиспе реализована AutoCAD - система автоматизации инженерных расчетов, дизайна и комплектации изделий из доступного конструктива, и Emacs – весьма популярный текстовый редактор в мире UNIX/Linux. Многие созревшие на базе Лиспа системные решения постепенно обрели самостоятельность и выделились в отдельные направления и технологии.
Реализационные находки Лиспа, такие как ссылочная организация памяти, "сборка мусора" - автоматизация повторного использования памяти, частичная компиляция программ с интерпретацией промежуточного кода, длительное хранение атрибутов объектов в период их использования и др., перекочевали из области исследований и экспериментов на базе Лиспа в практику реализации операционных систем и систем программирования.
Приверженцы Лиспа ценят его не только за элегантность, гибкость, но и за способность к точному представлению программистских идей и удобной отладке. В стандартных языках программирования принята императивная организация вычислений по принципу немедленного выполнения каждой очередной команды. Это не всегда обосновано и эффективно. Неимперативные модели управления процессами позволяют прерывать и откладывать процессы, а потом их восстанавливать и запускать или отменять, что обеспечено в Лиспе средствами конструирования функций, блокировки вычислений и их явного выполнения.
История Лиспа пронизана жаркими спорами, притиворечивыми суждениями, яркими достижениями и смелыми изобретениями:
1958 - Первые публикации Джона Мак-Карти о замысле языка символьной обработки.
1962-1964 - Авторские проекты первых Лисп-систем .
1964 - Демонстрация принципиальной решаемости проблем искусственного интеллекта. (Написанная Дж.Вейценбаумом на Лиспе программа-собеседник "Элиза", имитирующая речевое поведение психоаналитика, дала положительный ответ на вопрос о возможности искусственного разума.)
1972-1974 - Разрешение теоретических парадоксов, связанных с бестиповым лямбда-исчислением.
1972-1980 - Стандартизация языка Лисп.
1978 – Появление Лисп-компьютеров.
1965-1990 - Построение специализированных диалектов Лиспа и создание практичных реализаций для широкого спектра весьма различных применений, включая инженерное проектирование и системы математической обработки информации
1992-2002 - Разработка визуальных и сверхэффективных Лисп-систем, таких как CMUCL.
В нашей стране программирование знакомство с языком Лисп состоялось из первых рук. В конце 1968 года Джон Мак-Карти лично познакомил программистов Москвы и Новосибирска с Лиспом, что побудило к реализации отечественных версий языка.