第 3 章 函數(shù)式編程

第三章 函數(shù)式編程

前一章解釋了 Lisp 和 Lisp 程序兩者是如何由單一的原材料函數(shù)，建造起來(lái)的。和任何建筑材料一樣，它的特質(zhì)既影響了我們所建造事物的種類(lèi)，也影響著我們建造它們的方式。

本章描述 Lisp 世界里較常用的一類(lèi)編程方法。這些方法十分精妙，讓我們能夠嘗試編寫(xiě)更有挑戰(zhàn)的程序。

下一章將介紹一種尤其重要的編程方法，是 Lisp 讓我們得以運(yùn)用這種方法：即通過(guò)進(jìn)化的方式開(kāi)發(fā)程序，而非遵循先計(jì)劃再實(shí)現(xiàn)的老辦法。

3.1 函數(shù)式設(shè)計(jì)

事物的特征會(huì)受其原材料的影響。例如，一座木結(jié)構(gòu)建筑和石結(jié)構(gòu)建筑看起來(lái)就會(huì)感覺(jué)不一樣。甚至當(dāng)離得很遠(yuǎn)，看不清原材料究竟是木頭還是石頭，你也可以大體說(shuō)出它是用什么造的。與之相似，Lisp 函數(shù)的特征也影響著 Lisp 程序的結(jié)構(gòu)。

函數(shù)式編程意味著利用返回值而不是副作用來(lái)寫(xiě)程序。副作用包括破壞性修改對(duì)象(例如通過(guò)rplaca) 以及變量賦值(例如通過(guò) setq)。如果副作用很少并且局部化，程序就會(huì)容易閱讀，測(cè)試和調(diào)試。Lisp 并非從一開(kāi)始就是這種風(fēng)格的，但隨著時(shí)間的推移，Lisp 和函數(shù)式編程之間的關(guān)系變得越來(lái)越密不可分。

這里有個(gè)例子，它可以說(shuō)明函數(shù)式編程和你在用其他語(yǔ)言編程時(shí)的做法到底有什么不一樣。假設(shè)由于某種原因我們想把列表里的元素順序顛倒一下。這次的函數(shù)不再顛倒參數(shù)列表中的元素順序，而是接受一個(gè)列表作為參數(shù)，返回列表中的元素與之相同但是排列次序相反。

圖3.1 中的函數(shù)能對(duì)列表求逆。它把列表看作數(shù)組，按位置取反；其返回值是無(wú)意義的：

 > (setq lst '(a b c))
 (A B C)
 > (bad-reverse lst)
 NIL
 > lst
 (C B A)

函數(shù)如其名，bad-reverse 與好的 Lisp 風(fēng)格相去甚遠(yuǎn)。更糟糕的是，它還有其它丑陋之處：

因?yàn)槠湔９ぷ饔匈囉诟弊饔?，所以它使調(diào)用者離函數(shù)式編程的理想漸行漸遠(yuǎn)。

 (defun bad-reverse (lst)
 (let* ((len (length lst))
        (ilimit (truncate (/ len 2))))
   (do ((i 0 (1+ i))
        (j (1- len) (1- j)))
     ((>= i ilimit))
    (rotatef (nth i lst) (nth j lst)))))

圖3.1： 一個(gè)對(duì)列表求逆的函數(shù)

盡管是個(gè)反派角色， bad-reverse 仍有其可取之處：

它展示了 Common Lisp 交換兩個(gè)值的習(xí)慣用法。

rotatef 宏可以輪轉(zhuǎn)任何普通變量的值。所謂普通變量是指那些可以作為setf 第一個(gè)參數(shù)的變量。當(dāng)它只應(yīng)用于兩個(gè)參數(shù)時(shí)，效果就是交換它們。

與之相對(duì)，圖 3.2 中的函數(shù)能返回順序相反的列表。通過(guò)使用 good-reverse ，我們得到的返回值是顛倒順序后的列表，而原始列表原封不動(dòng)：

   ;; 代碼 3.2： 一個(gè)返回相反順序列表的函數(shù)
   > (setq lst '(a b c)
   (A B C)
   > (good-reverse lst)
   (C B A)
   > lst
   (A B C)

   (defun good-reverse (lst)
     (labels ((rev (lst acc)
      (if (null lst)
          acc
          (rev (cdr lst) (cons (car lst) acc)))))
             (rev lst nil)))

過(guò)去常認(rèn)為可以根據(jù)外貌來(lái)判斷一個(gè)人的性格。不管這個(gè)說(shuō)法對(duì)于人來(lái)說(shuō)是否靈驗(yàn)，但是對(duì)于 Lisp 來(lái)說(shuō)， 這一般是可行的。函數(shù)式程序有著和命令式程序不同的外形。函數(shù)式程序的結(jié)構(gòu)完全是由表達(dá)式里參數(shù)的組合表現(xiàn)出來(lái)的，并且由于參數(shù)是縮進(jìn)的，函數(shù)式代碼看起來(lái)在縮進(jìn)方面顯得更為靈動(dòng)。函數(shù)式代碼看起來(lái)如同紙面上的行云流水； 命令式代碼則看起來(lái)堅(jiān)固駑鈍，Basic 語(yǔ)言就是一例。

即使遠(yuǎn)遠(yuǎn)的看上去，從bad- 和good-reverse 兩個(gè)函數(shù)的形狀也能分清孰優(yōu)孰劣。另外，good-reverse 不僅短些，也更加高效： 而不是因?yàn)?Common Lisp 已經(jīng)有了內(nèi)置的 reverse ，所以我們可以不用自己實(shí)現(xiàn)它。不過(guò)還是有必要簡(jiǎn)單了解一下這個(gè)函數(shù)，因?yàn)樗?jīng)常能暴露出一些函數(shù)式編程中的錯(cuò)誤觀念。和 good-reverse 一樣，內(nèi)置的 reverse 通過(guò)返回值工作，而沒(méi)有修改它的參數(shù)。但學(xué)習(xí) Lisp 的人們可能會(huì)誤以為它像 bad-reverse 那樣依賴于 副作用。如果這些學(xué)習(xí)者想在程序里的某個(gè)地方顛倒一個(gè)列表的順序，他們可能會(huì)寫(xiě)

 (reverse lst)

結(jié)果還很奇怪為什么函數(shù)調(diào)用沒(méi)有效果。事實(shí)上，如果我們希望利用那種函數(shù)提供的效果，就必須在調(diào)用代碼里自己處理。也就是需要把程序改成這樣

  (setq lst (reverse lst))

調(diào)用 reverse 這類(lèi)操作符的本意就是取返回值，而非利用其副作用。你自己的程序也應(yīng)該用這種風(fēng)格編寫(xiě)， 不僅因?yàn)樗逃械暮锰?，而是因?yàn)?，如果你不這樣寫(xiě)，就等于在跟語(yǔ)言過(guò)不去。

在比較 bad-reverse 和 good-reverse 時(shí)我們還忽略了一點(diǎn)，那就是 bad-reverse 里沒(méi)有 cons 。它對(duì)原始列表進(jìn)行操作，但卻不構(gòu)造新的列表。這樣是比較危險(xiǎn)的，因?yàn)橛锌赡茉诔绦虻钠渌胤竭€會(huì)用到原始列表，但為了效率，有時(shí)可能必須這樣做。為滿足這種需要，Common Lisp 還提供了一個(gè)稱為 nreverse 的求逆函數(shù)的破壞性版本。

所謂破壞性函數(shù)，是指那類(lèi)能改變傳給它的參數(shù)的函數(shù)。即便如此，破壞性函數(shù)通常也通過(guò)取返回值的方式工作：你必須假定 nreverse 將會(huì)回收利用你作為參數(shù)傳給它的列表，但不能認(rèn)為它幫你在原地把原來(lái)的列表掉了個(gè)。和以前一樣，逆序后的列表只能通過(guò)返回值拿到。你仍然不能把

  (nreverse lst)

寫(xiě)在函數(shù)中間，然后假定從那以后lst 的順序就是相反的了。在大多數(shù)實(shí)現(xiàn)里可以看到下面的現(xiàn)象：

  > (setq lst '(a b c))
  (A B C)

第 164 頁(yè)有一個(gè)很典型的例子。

  > (nreverse lst)
  (C B A)
  > lst
  (A)

要想真正求逆一個(gè)列表，你就不得不把 lst 賦給返回值，這和使用原來(lái)的 reverse 是一樣的。

如果我們知道某個(gè)函數(shù)有破壞性，這并不是說(shuō)：調(diào)用它就是為了利用其副作用。危險(xiǎn)之處在于，有的破壞性函數(shù)給人留下了破壞性的印象。例如：

  (nconc x y)

幾乎總是和：

  (setq x (nconc x y))

效果相同。如果你寫(xiě)的代碼依賴于前一個(gè)用法，有時(shí)它可以正常工作。然而當(dāng) x 為 nil 時(shí)，結(jié)果就會(huì)出人意料。

只有少數(shù) Lisp 操作符的本意就是為了副作用。一般而言，內(nèi)置操作符本來(lái)是為了調(diào)用后取返回值的。不要被sort，remove 或者 substitute 這樣的名字所誤導(dǎo)。如果你需要副作用，那就對(duì)返回值使用setq。

這個(gè)規(guī)則主張某些副作用其實(shí)是難免的。堅(jiān)持函數(shù)式的編程思想并沒(méi)有提倡杜絕副作用。而是說(shuō)除非必要最好不要有。

養(yǎng)成這個(gè)習(xí)慣可能要花些時(shí)間。不妨開(kāi)始時(shí)先盡量少用下列的操作符：

  set setq setf psetf psetq incf decf push
  pop pushnew rplaca rplacd rotatef shiftf
  remf remprop remhash

還包括 let* ，命令式程序經(jīng)常藏匿其中。在這里要求有節(jié)制地使用這些操作符的目的只是希望倡導(dǎo)良好的Lisp 風(fēng)格，而不是想制定清規(guī)戒律。然而，僅此一項(xiàng)就可讓你受益匪淺了。

在其他語(yǔ)言里，導(dǎo)致副作用的最普遍原因就是讓一個(gè)函數(shù)返回多個(gè)值的需求。如果函數(shù)只能返回一個(gè)值，那它就不得不通過(guò)改變參數(shù)來(lái) "返回" 其余的值。幸運(yùn)的是，在 Common Lisp 里不必這樣做，因?yàn)槿魏魏瘮?shù)都可以返回多值。

舉例來(lái)說(shuō)，內(nèi)置函數(shù) truncate 返回兩個(gè)值，被截?cái)嗟恼麛?shù)，以及原來(lái)數(shù)字的小數(shù)部分。在典型的實(shí)現(xiàn)中，在最外層調(diào)用這個(gè)函數(shù)時(shí)兩個(gè)值都會(huì)返回：

  > (truncate 26.21875)
  26
  0.21875

當(dāng)調(diào)用方只需要一個(gè)值時(shí)，被使用的就是第一個(gè)值：

  > (= (truncate 26.21875) 26)
  T

通過(guò)使用 multiple-value-bind ，調(diào)用方代碼可以捕捉到兩個(gè)值。該操作符接受一個(gè)變量列表、一個(gè)調(diào)用，以及一段程序體。變量將被綁定到函數(shù)調(diào)用的對(duì)應(yīng)返回值，而這段程序體會(huì)依照綁定后的變量求值：

  > (multiple-value-bind (int frac) (truncate 26.21875)
  (list int frac))
  (26 0.21875)

最后，為了返回多值，我們使用 values 操作符：

  > (defun powers (x)
        (values x (sqrt x) (expt x 2)))
  POWERS
  > (multiple-value-bind (base root square) (powers 4)
         (list base root square))
             (4 2.0 16)

一般來(lái)說(shuō)，函數(shù)式編程不失為上策。對(duì)于 Lisp 來(lái)說(shuō)尤其如此，因?yàn)?Lisp 在演化過(guò)程中已經(jīng)支持了這種編程方式。諸如 reverse 和 nreverse 這樣的內(nèi)置操作符的本意就是以這種方式被使用的。其他操作符，例如 values 和 multiple-value-bind，是為了便于進(jìn)行函數(shù)式編程而專門(mén)提供的。

3.2 內(nèi)外顛倒的命令式

函數(shù)式程序代碼的用意和那些更常見(jiàn)的方法，即命令式程序相比可能顯得更加明確一些。函數(shù)式程序告訴你它想要什么；而命令式程序告訴你它要做什么。函數(shù)式程序說(shuō) "返回一個(gè)由 a 和 x 的第一個(gè)元素的平方所組成的列表："

  (defun fun (x)
  (list 'a (expt (car x) 2)))

而命令式程序則會(huì)說(shuō) "取得 x 的第一個(gè)元素，把它平方，然后返回由 a 及其平方組成的列表"：

  (defun imp (x)
    (let (y sqr)
    (setq y (car x))
     (setq sqr (expt y 2))
     (list 'a sqr)))

Lisp 程序員有幸可以同時(shí)用這兩種方式來(lái)寫(xiě)程序。某些語(yǔ)言只適合于命令式編程 尤其是 Basic，以及大多數(shù)機(jī)器語(yǔ)言。事實(shí)上，imp 的定義和多數(shù) Lisp 編譯器從 fun 生成的機(jī)器語(yǔ)言代碼在形式上很相似。

既然編譯器能為你做，為什么還要自己寫(xiě)這樣的代碼呢？對(duì)于許多程序員來(lái)說(shuō)，他們甚至從沒(méi)想過(guò)這個(gè)問(wèn)題。語(yǔ)言給我們的思想打上烙?。阂恍┝?xí)慣于命令式語(yǔ)言編程的人或許已經(jīng)開(kāi)始用命令式的術(shù)語(yǔ)思考問(wèn)題，而且會(huì)覺(jué)得寫(xiě)命令式程序比寫(xiě)函數(shù)式程序更容易。如果有一種語(yǔ)言可以助你一臂之力，這種思維定勢(shì)是值得克服的。

對(duì)于其他語(yǔ)言的同行來(lái)說(shuō)，剛開(kāi)始使用 Lisp 可能像初次踏入溜冰場(chǎng)那樣。事實(shí)上在冰上比在干地面上更容易行走 如果使用溜冰鞋的話。然后你對(duì)這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的看法就會(huì)徹底改觀。

溜冰鞋對(duì)于冰的意義，和函數(shù)式編程對(duì) Lisp 的意義是一樣的。這兩樣?xùn)|西在一起讓你更優(yōu)雅地移動(dòng)，事半功倍。但如果你已經(jīng)習(xí)慣于另一種行走模式，那么開(kāi)始的時(shí)候你就無(wú)法體會(huì)到這一點(diǎn)。把 Lisp 作為第二語(yǔ)言學(xué)習(xí)的一個(gè)障礙就是學(xué)會(huì)如何用函數(shù)式的風(fēng)格來(lái)編程。

幸運(yùn)的是，有一種把命令式程序轉(zhuǎn)換成函數(shù)式程序的訣竅。開(kāi)始時(shí)你可以把這一訣竅用到寫(xiě)好的代碼里。

不久以后你就可以預(yù)想到這個(gè)過(guò)程，一邊寫(xiě)代碼，一邊做轉(zhuǎn)換了。而在這之后一段時(shí)間，你就有能力從一開(kāi)始就用函數(shù)式的思想構(gòu)思你的程序。

這個(gè)訣竅就是認(rèn)識(shí)到命令式程序其實(shí)是一個(gè)從里到外翻過(guò)來(lái)的函數(shù)式程序。要想找出藏在命令式程序中的函數(shù)式程序，也只要把它從外到里翻一下。讓我們?cè)?imp 上實(shí)踐一下這個(gè)技術(shù)。

我們首先注意到的是初始 let 里 y 和 sqr 的創(chuàng)建。這預(yù)示著接下來(lái)會(huì)出問(wèn)題。就像運(yùn)行期的 eval ，需要未初始化變量的情況很罕見(jiàn)，它們因而被看作程序染病的癥狀。這些變量就像插在程序上，用來(lái)固定的圖釘，它們被用來(lái)防止程序自己卷回到原形。

不過(guò)我們暫時(shí)先不考慮它們，直接看函數(shù)的結(jié)尾。命令式程序里最后發(fā)生的事情，也就是函數(shù)式程序在最外層發(fā)生的事情。所以第一步是抓住最后對(duì) list 的調(diào)用，然后把程序的其余部分塞進(jìn)去就好像把一件襯衫從里到外翻過(guò)來(lái)。我們繼續(xù)重復(fù)做相同的轉(zhuǎn)換，就好像我們先翻襯衫的袖子，然后再翻袖口那樣。

從結(jié)尾處開(kāi)始，我們將 sqr 替換成 (expt y 2)，得到：

  (list 'a (expt y 2))

然后我們將y 替換成 (car x)：

  (list 'a (expt (car x) 2))

現(xiàn)在我們可以把其余代碼扔掉了，因?yàn)橹耙呀?jīng)把所有內(nèi)容都填到了最后一個(gè)表達(dá)式里。在這個(gè)過(guò)程中我們擺脫了對(duì)變量 y 和 sqr 的依賴，因而也得以把 let 一起扔進(jìn)垃圾堆。

最終的結(jié)果比開(kāi)始的時(shí)候要短小，而且更好懂。在原先的代碼里，我們面對(duì)最終的表達(dá)式 (list 'a sqr)， 卻無(wú)法一眼看出 sqr 的值的出處?，F(xiàn)在，返回值的來(lái)歷則像交通指示圖一樣一覽無(wú)余。

本章的這個(gè)例子很短，但這里的技術(shù)是可以推廣的。事實(shí)上，它對(duì)于大型函數(shù)應(yīng)該更有價(jià)值。即使存在一些有副作用的函數(shù)，也可以把其中沒(méi)有副作用的那部分清理得干凈一些。

3.3 函數(shù)式接口

某些副作用比其他的更糟糕。例如，盡管下面的函數(shù)調(diào)用了 nconc

  (defun qualify (expr)
  (nconc (copy-list expr) (list 'maybe)))

但它沒(méi)有破壞引用透明。如果你每次都傳給它一個(gè)確定的參數(shù)，那它的返回值將總是相同(equal) 的。

從調(diào)用者的角度來(lái)看，qualify 就和純函數(shù)型代碼一樣。但我們不能對(duì)bad-reverse (第19頁(yè)) 下同樣的評(píng)語(yǔ)，這個(gè)函數(shù)事實(shí)上修改了它的參數(shù)。

如果不把所有副作用的有害程度都劃上等號(hào)，而是有方法能把這些情況分出個(gè)高下，那樣將會(huì)對(duì)我們有很大的幫助?？梢苑钦降卣f(shuō)，如果一個(gè)函數(shù)修改的是其他函數(shù)都不擁有的東西，那么它就是無(wú)害的。例如， qualify 里的 nconc 就是無(wú)害的，因?yàn)樽鳛榈谝粋€(gè)參數(shù)的列表是新生成的。它不屬于任何其他函數(shù)。

通常，在我們提到擁有者關(guān)系時(shí)，不能說(shuō)變量的擁有者是某某函數(shù)，而應(yīng)該說(shuō)其擁有者是函數(shù)的某個(gè)調(diào)用。

盡管這里并沒(méi)有其他函數(shù)擁有變量 x ：

  (let ((x 0))
  (defun total (y)
  (incf x y)))

但一次調(diào)用的效果會(huì)在接下來(lái)的調(diào)用中看到。所以規(guī)則應(yīng)當(dāng)是：一個(gè)給定的調(diào)用 (invocation) 可以安全地修改它唯一擁有的東西。

究竟誰(shuí)是參數(shù)和返回值的擁有者 依照Lisp 的習(xí)慣，是函數(shù)的調(diào)用擁有那些作為返回值得到的對(duì)象，但它并不擁有那些作為參數(shù)傳給它的對(duì)象。凡是修改參數(shù)的函數(shù)都應(yīng)該打上"破壞性" 的標(biāo)簽，以示區(qū)別，但如果函數(shù)修改的只是返回給它們的對(duì)象，那我們沒(méi)有準(zhǔn)備什么特別的稱號(hào)給這些函數(shù)。

譬如，下面的函數(shù)就聽(tīng)從了這個(gè)提議：

  (defun ok (x)
  (nconc (list 'a x) (list 'c)))

但它調(diào)用的nconc 卻置若罔聞。由于nconc 拼出來(lái)的列表總是重新生成的，而沒(méi)有使用原來(lái)傳給ok 作為參數(shù)的那個(gè)列表，所以ok 總的來(lái)說(shuō)是ok 的。

如果稍微改一點(diǎn)兒，例如：

    (defun not-ok (x)
    (nconc (list 'a) x (list 'c)))

那么對(duì)nconc 的調(diào)用就會(huì)修改傳給not-ok 的參數(shù)了。

許多Lisp 程序沒(méi)有遵守這個(gè)慣例，至少在局部上是這樣。盡管如此，正如我們從 ok 那里看到的，局部的違背并不會(huì)讓主調(diào)函數(shù)變質(zhì)。而且那些與上述情況相符的函數(shù)仍會(huì)保留很多純函數(shù)式代碼的優(yōu)點(diǎn)。

要想寫(xiě)出真正意義上的函數(shù)式代碼，還要再加個(gè)條件。函數(shù)不能和不遵守這些規(guī)則的代碼共享對(duì)象。例如，盡管這個(gè)函數(shù)沒(méi)有副作用：

    (defun anything (x)
    (+ x *anything*))

但它的返回值依賴于全局變量?anything。因此，如果任何其他函數(shù)可以改變這個(gè)變量的值，那么anything 就可能返回任意值。

關(guān)于引用透明的定義見(jiàn)135頁(yè)。

要是把代碼寫(xiě)成讓每次調(diào)用都只修改它自己擁有的東西的話，那這樣的代碼就基本上就可以和純函數(shù)式代碼媲美了。從外界看來(lái)，一個(gè)滿足上述所有條件的函數(shù)至少會(huì)擁有有函數(shù)式的接口：如果用同一參數(shù)調(diào)用它兩次，你應(yīng)當(dāng)會(huì)得到同樣的結(jié)果。正如下一章所展示的那樣，這也是自底向上程序設(shè)計(jì)最重要的組成部分。

破壞性的操作符還有個(gè)問(wèn)題，就是它和全局變量一樣會(huì)破壞程序的局部性。當(dāng)你寫(xiě)函數(shù)式代碼時(shí)，可以集中精力：只要考慮調(diào)用正在編寫(xiě)的函數(shù)的調(diào)用方，或者被調(diào)用方就行了。要是你想要破壞性地修改某些數(shù)據(jù)，這個(gè)好處就不復(fù)存在了。你修改的數(shù)據(jù)可能在任何一個(gè)地方用到。

上面的條件不能保證你能得到和純粹的函數(shù)式代碼一樣的局部性，盡管它們確實(shí)在某種程度上有所改進(jìn)。

例如，假設(shè)f 調(diào)用了g ，如下：

    (defun f (x)
    (let ((val (g x)))
     ; safe to modify val here?
    ))

在f 里把某些東西nconc 到val 上面安全嗎 如果g 是identity 的話就不安全：這樣我們就修改了某些原本作為參數(shù)傳給 f 本身的東西。

所以，就算要修改那些按照這個(gè)規(guī)定寫(xiě)就的程序，還是不得不看看f 之外的東西。雖然要多操心一些，但也用不著看得太多：現(xiàn)在我們不用復(fù)查程序的所有代碼，只消考慮從f 開(kāi)始的那棵子樹(shù)就行了。

推論之一是函數(shù)不該返回任何不能安全修改的東西。如此說(shuō)來(lái)，就應(yīng)當(dāng)避免寫(xiě)那些返回包含引用對(duì)象的函數(shù)。如果我們這樣定義exclaim ，讓它的返回值包含一個(gè)引用列表，

    (defun exclaim (expression)
    (append expression '(oh my)))

那么任何后續(xù)的對(duì)返回值的破壞性修改

    > (exclaim '(lions and tigers and bears))
    (LIONS AND TIGERS AND BEARS OH MY)
    > (nconc * '(goodness))
    (LIONS AND TIGERS AND BEARS OH MY GOODNESS)

將替換函數(shù)里的列表：

    > (exclaim '(fixnums and bignums and floats))
    (FIXNUMS AND BIGNUMS AND FLOATS OH MY GOODNESS)

為了避免exclaim 的這個(gè)問(wèn)題，它應(yīng)該寫(xiě)成：

    (defun exclaim (expression)
    (append expression (list 'oh 'my)))

雖說(shuō)函數(shù)不應(yīng)返回引用列表，但是這個(gè)常理也有例外，即生成宏展開(kāi)的函數(shù)。宏展開(kāi)器可以安全地在它們的展開(kāi)式里包含引用列表，只要這些展開(kāi)式是直接送到編譯器那里的。

其他時(shí)候，還是應(yīng)該審慎地對(duì)待引用列表。除了上面的例外情況，如果發(fā)現(xiàn)用到了引用列表，很多情況，這些代碼是完全可以用類(lèi)似in (103頁(yè)) 這樣的宏來(lái)完成的。

3.4 交互式編程

前一章說(shuō)明了函數(shù)式的編程風(fēng)格是一種組織程序的好辦法。但它的好處還不止于此。Lisp 程序員并非完全是從美感出發(fā)才采納函數(shù)式風(fēng)格的。他們采用這種風(fēng)格是因?yàn)樗尮ぷ鞲p松。在 Lisp 的動(dòng)態(tài)環(huán)境里， 函數(shù)式程序能以非同尋常的速度寫(xiě)就，與此同時(shí)，寫(xiě)出的程序也非同尋常的可靠。

在 Lisp 里調(diào)試程序相對(duì)簡(jiǎn)單。很多信息在運(yùn)行期是可見(jiàn)的，可以幫助追查錯(cuò)誤的根源。但更重要的是你

可以輕易地測(cè)試程序。你不需要編譯一個(gè)程序然后一次性測(cè)試所有東西。你可以在toplevel 循環(huán)里通過(guò)逐個(gè)地調(diào)用每個(gè)函數(shù)來(lái)測(cè)試它們。

增量測(cè)試非常有用，為了更好地利用它，Lisp 風(fēng)格也隨之改進(jìn)。用函數(shù)式風(fēng)格寫(xiě)出的程序可以逐個(gè)函數(shù)地

理解它，從讀者的觀點(diǎn)來(lái)看，這是它的主要優(yōu)點(diǎn)。此外，函數(shù)式風(fēng)格也極其適合增量測(cè)試：以這種風(fēng)格寫(xiě)出的程序可以逐個(gè)函數(shù)地進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)一個(gè)函數(shù)既不檢查也不改變外部狀態(tài)時(shí)，任何bug 都會(huì)立即現(xiàn)形。這樣，函數(shù)影響外面世界的唯一渠道是它的返回值。只要返回值是你期望的，你就完全可以信任返回它的代碼。

事實(shí)上有經(jīng)驗(yàn)的Lisp 程序員會(huì)盡量讓他們的程序易于測(cè)試：

1. 他們?cè)噲D把副作用分離到個(gè)別函數(shù)里，以便程序中更多的部分可以寫(xiě)成純函數(shù)式風(fēng)格。

2. 如果一個(gè)函數(shù)必須產(chǎn)生副作用，他們至少會(huì)想辦法給它設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)式的接口。

3. 他們給每個(gè)函數(shù)賦予一個(gè)單一的，定義良好的功能。

一旦函數(shù)按照這種辦法寫(xiě)成，程序員們就可以用一組有代表性的情況對(duì)它測(cè)試，測(cè)試好了，就使用另一組情況測(cè)試。如果每一塊磚都各司其職，那么圍墻就會(huì)屹立不倒。

在Lisp 里，一樣可以更好地設(shè)計(jì)圍墻。先假想一下，如果談話的時(shí)候，和對(duì)方距離很遠(yuǎn)，聲音的延遲甚至有一分鐘，會(huì)有什么樣的一番感受。要是換成和隔壁房間的人說(shuō)話，會(huì)有怎樣的改觀。這樣，將進(jìn)行的對(duì)話不僅僅是速度比原來(lái)快，而是一個(gè)完全不同的對(duì)話。在Lisp 中，開(kāi)發(fā)軟件就像是面對(duì)面的交流。你可以邊寫(xiě)代碼邊做測(cè)試。和對(duì)話相似，即時(shí)的回應(yīng)對(duì)于開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)一樣有戲劇化的效果。你不只是把原先的程序?qū)懙酶欤菚?huì)寫(xiě)出另一種程序。

這是什么道理 當(dāng)測(cè)試更便捷時(shí)，你就可以更頻繁地進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于Lisp，和其他語(yǔ)言一樣，開(kāi)發(fā)是由編碼和測(cè)試構(gòu)成的循環(huán)往復(fù)的周期性過(guò)程。但在Lisp 的周期更短：?jiǎn)蝹€(gè)函數(shù)，甚至函數(shù)的一部分都可以成為一個(gè)開(kāi)發(fā)周期。并且如果一邊寫(xiě)代碼一邊測(cè)試的話，當(dāng)錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)你就知道該檢查哪里：應(yīng)該看看最后寫(xiě)的那部分。正如聽(tīng)起來(lái)那樣簡(jiǎn)單，這一原則極大地提高了自底向上編程的可行性。它帶來(lái)了額外的信賴感， 使得Lisp 程序員至少在一定程度上從舊式的計(jì)劃–實(shí)現(xiàn)的軟件開(kāi)發(fā)風(fēng)格中解脫了出來(lái)。

第 1.1 節(jié)強(qiáng)調(diào)了自底向上的設(shè)計(jì)是一個(gè)進(jìn)化的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，你在寫(xiě)程序的同時(shí)也就是在構(gòu)造一門(mén)語(yǔ)言。這一方法只有當(dāng)你信賴底層代碼時(shí)才可行。如果你真的想把這一層作為語(yǔ)言使用，你就必須假設(shè)， 如同使用其他語(yǔ)言時(shí)那樣，任何遇到的bug 都是你程序里的bug，而不是語(yǔ)言本身的。

難道你的新抽象有能力承擔(dān)這一重任，同時(shí)還能按照新的需求隨機(jī)應(yīng)變？沒(méi)錯(cuò)，在Lisp 里你可以兩不誤。

當(dāng)以函數(shù)式風(fēng)格編寫(xiě)程序，并且進(jìn)行增量測(cè)試時(shí)，你可以得到隨心所欲的靈活性，加上人們認(rèn)為只有仔細(xì)計(jì)劃才能確保的可靠性。