Advanced Emacs (1): ELisp Data Types

Emacs用了也有三四年了，但是感觉自己还没有到达中级水平。 这是因为我只是用了Emacs这个工具，只是掌握了一些trick，添加和修改了一些插件， 但没有去理解Emacs的运行机制，也没有很系统的学习ELisp， 所以渐渐感到驾驭不了各种各样不同风格的插件，也不能按照自己的想法去扩展。 因此目前需要进阶一下，就先从ELisp入手。

测试环境

在Emacs中测试ELisp的环境是切换到*scratch*缓冲里，使用lisp-interaction-mode模式。 输入下面语句，使用C-j或C-x C-e执行：

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(message "hello world")

1. 原子(atom)数据类型

在Lisp中,除了序对(cons cells，下节介绍)组成的类型之外的其它所有类型称为原子(atom)类型。 以下是常见的原子类型：

1.1 数字 integer & floating

数字包括整数(Integer, 30bits)，浮点数(Floating, double)。 可以从most-positive-fixnum和most-negative-fixnum两个变量得到整数的‰围。 NaN也表示特殊值。

相关函数：

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;; 测试函数
(integerp OBJECT)
(floatp OBJECT)
(numberp OBJECT)
(zerop NUMBER)
(wholenump OBJECT)
;; 比较函数
(> NUM1 NUM2)
(< NUM1 NUM2)
(>= NUM1 NUM2)
(<= NUM1 NUM2)
(= NUM1 NUM2)
(eql OBJ1 OBJ2)
(/= NUM1 NUM2)
;; 转换函数
(float ARG)
(truncate ARG &optional DIVISOR)
(floor ARG &optional DIVISOR)
(ceiling ARG &optional DIVISOR)
(round ARG &optional DIVISOR)
;; 运算
(+ &rest NUMBERS-OR-MARKERS)
(- &optional NUMBER-OR-MARKER &rest MORE-NUMBERS-OR-MARKERS)
(* &rest NUMBERS-OR-MARKERS)
(/ DIVIDEND DIVISOR &rest DIVISORS)
(1+ NUMBER)
(1- NUMBER)
(abs ARG)
(% X Y)
(mod X Y)
(sin ARG)
(cos ARG)
(tan ARG)
(asin ARG)
(acos ARG)
(atan Y &optional X)
(sqrt ARG)
(exp ARG)
(expt ARG1 ARG2)
(log ARG &optional BASE)
(log10 ARG)
(logb ARG)
;; ‘随机数
(random &optional N)

1.2 字符 character

字符(Character, 包括ASCII和宽字符，22bits)。字符也是数字。

字符读入语法是在字符前加上问号。比如?A代表字符A。 和C相同，一些控制字符需要加上转义符，如制表符?\t。

\M-表示Meta/Alt键，\C-表示Ctrl键。

相关函数：

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;; 测试函数
(stringp OBJECT)
(string-or-null-p OBJECT)
(char-or-string-p OBJECT)
;; 构造函数
(make-string LENGTH INIT)
(string &rest CHARACTERS)
(substring STRING FROM &optional TO)
(concat &rest SEQUENCES)
;; 比较函数
(char-equal C1 C2)
(string= S1 S2)
(string-equal S1 S2)
(string< S1 S2)
;; 转换函数
(char-to-string CHAR)
(string-to-char STRING)
(number-to-string NUMBER)
(string-to-number STRING &optional BASE)
(downcase OBJ)
(upcase OBJ)
(capitalize OBJ)
(upcase-initials OBJ)
(format STRING &rest OBJECTS)
;; 查找与替换
(string-match REGEXP STRING &optional START)
(replace-match NEWTEXT &optional FIXEDCASE LITERAL STRING SUBEXP)
(replace-regexp-in-string REGEXP REP STRING &optional FIXEDCASE LITERAL SUBEXP START)
(subst-char-in-string FROMCHAR TOCHAR STRING &optional INPLACE)

1.3 符号 symbol

在Lisp中使用变量的必须通过符号(Symbol)类型来实现。 符号类型由4个部分组成：。：

  • 符号名(Name)：只能绑定string对象。symbol-name访问。
  • 符号值(Value)：可以绑定任意类型。symbol-value访问，defvar和defconst赋值。
  • 函数(Function)：应该绑定function对象或macro对象。symbol-function访问，defun和defmacro赋值。
  • 属性列表(Property list)：应该绑定prperty list对象。symbol-plist访问。

其中符号名必须绑定一个string对象，其它三个部分可以独立地绑定任何类型的对象。 其中符号值和函数部分可以为空。 因此符号类型是一种符号名到其它三个绑定对象的映射关系。

符号名是由字符串组成，有命名规则。 符号名具有唯一性。 全局变量obarray记录着emacs中所有全局符号名到符号映射。 也可以说这些符号使用相同的命名空间。 setq可以设置全局变量，并绑定符号值或函数部分。 也可以创建新的obarray，由set加入符号。 obarray是自动增长的vector类型，通过hash符号名找到符号在vector中的位置。 vector中每个元素是一个bucket，在bucket中符号由链表连接。 在ELisp中只能通过make-vector创建obarray，intern插入符号。

符号在Lisp求值时会根据符号名取出符号对象，然后返回符号值或函数并求值。 而其它原子类型(数字，字符)都是自求值：简单返回自身。

下面两种特殊的符号的符号值不能修改（也可以看成自求值的）：

  1. 关键字(keywork)符号：符号名以:开始的符号。
  2. t和nil表示的真假特殊符号。

在Lisp中，符号nil有3三种不同的意义：

  • 逻辑上代表事实中的“假”
  • 一个名为nil的符号类型
  • 一个空的表类型，等价()
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(symbolp OBJECT)
(intern-soft NAME &optional OBARRAY)
(intern STRING &optional OBARRAY)
(unintern NAME &optional OBARRAY)
(mapatoms FUNCTION &optional OBARRAY)
(symbol-name SYMBOL)
(symbol-value SYMBOL)
(boundp SYMBOL)
(set SYMBOL NEWVAL)
(setq SYM VAL SYM VAL ...)
(symbol-function SYMBOL)
(fset SYMBOL DEFINITION)
(fboundp SYMBOL)
(symbol-plist SYMBOL)
(get SYMBOL PROPNAME)
(put SYMBOL PROPNAME VALUE)

2. 复合数据类型

2.1 序对 Cons Cells

Lisp提供一种称为序对(Cons Cells, construction of cells,或称Conses)的复合结构。

序对包含两个对象（或称槽slot)，第一个对象叫CAR(Contents of Address part of Register)， 第二个对象叫CDR(Contents of the Decrement part of Register)。 每个对象可以是任何类型，这是cons的闭包性质。 (cons 1 2)表示用盒子指针表示：

对于C程序员来说：Lisp中并不区分保存一个值和指向一个值，因为指针在Lisp中是隐式的。

如前面所示，序对可以用函数cons构造出来(cons CAR CDR)：

(defvar x (cons 1 (cons 2 3)))    ; => x
(car x)                           ; => 1
(cdr x)                           ; => (2 . 3)
(car (cdr x))                     ; => 2
(cdr (cdr x))                     ; => 3

(CAR . CDR)也是一种构造序对的方法：

(cons 1 (cons 2 3))               ; => (1 2 . 3)
'(1 . (2 . 3))                    ; => (1 2 . 3)

序对可以用作构造任意种类的复杂数据结构的通用的基本构件，也是Lisp的核心数据结构类型。 （这和哲学中任何多元论都可转变为二元论的思想一致。） 正因为序对如此重要，我们把Lisp中不是序对的对象称为原子(atom)。

2.2 序列 Sequence

序列表示的是有序元素的集合。 在Emacs Lisp中，序列有两种类型：列表(list)和数组(array)。

一些叫做序列函数的函数，可以接受任何类型的序列。

2.3 列表 list

采用序对表示序列的方式很多，一种最直接的表示方式是把序对串成单链表一样， 每个序对的car部分对应每个链中的条目，cdr部分则是链中下一个序对，最后一个序对的cdr用nil表示。 这种嵌套序对形成的序列称为表(list)。

()或nil也可以当作一个不包含任何元素的序列，称为空表。 因此(A ())等价于(A nil)。

除了用cons和.嵌套地定义表之外，lisp方便地提供基本操作list来构造表。

(cons a1 (cons a2 (cons ... (cons an nil) ... )))
(a1 . (a2 ... (an-1 . (an)) ... ))
(list a1 a2 ... an)

显然，cons可以用于在已有的表的最前面添加一个元素。 append用于合并两个表。 length用于返回表的长度。

(defvar l (list 1 2 3))        ; => l
(cons 0 l)                     ; => (0 1 2 3)
(append l l)                   ; => (1 2 3 1 2 3)
(length l)                     ; => 3

mapc,mapcar,dolist用于遍历list。

取出list元素的操作有nth，获得列表一个区间的函数有nthcdr、last和butlast。

2.3.1 列表模拟其它数据结构

使用push,pop操作操纵list可以模拟栈的行为。

使用append,delete-dups,memq,member,delq,remq操作操纵list可以模拟集合的行为。

把序对的看成指向左右孩子节点的指针，可以把这种结构看成二叉树。进一步推广，可以看成树。

也可以实现association list关联列表（和2.6节hash table有区别）。

list相关函数：

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;; 测试
(consp OBJECT)
(listp OBJECT)
(null OBJECT)
;; 构造
(cons CAR CDR)
(list &rest OBJECTS)
(append &rest SEQUENCES)
;; 访问list元素
(car LIST)
(cdr LIST)
(cadr X)
(caar X)
(cddr X)
(cdar X)
(nth N LIST)
(nthcdr N LIST)
(last LIST &optional N)
(butlast LIST &optional N)
;; 修改 cons cell
(setcar CELL NEWCAR)
30 1ÊÙ Äy-sequence ARG)
(copy-tree TREE &optional VECP)
;; 数组
(vector &rest OBJECTS)
(make-vector LENGTH INIT)
(aref ARRAY IDX)
(aset ARRAY IDX NEWELT)
(vconcat &rest SEQUENCES)
(append &rest SEQUENCES)

2.5 函数 function

在Lisp中，函数是Lisp对象，是第一类型。 函数有以下几类：

  • lisp函数
  • primitive function 原子函数
  • lambda function
  • 特殊表达式
  • macro
  • command: 包含interactive

eval,funcall,apply。

Lisp中允许使用lambda定义匿名函数(anonymous function)。 一个命名函数(named function)只是一个符号，其函数单元(function cell)指向一个有效函数。

2.6 哈希表 hash table

哈希表是一个快速索引表。

参考