["+", ["*", 3, 4], ['*', 5, 6]]

表示LISP的表達式：

(+ (* 3 4) (5 6))

又如，Python表達式：

["let",

[['x', 2],

['y', 3]],

['*', x, y]]

表示LISP的表達式：

(let

((x 2)

(y 3))

(* x y))

解釋的過程，就可以寫成一個Python函數，輸入一個Python表達式，輸出另一個Python表達式。中間可以用副作用來處理IO。

如何實現呢？

首先，求值需要一個符號表，這個任何語言都一樣，記錄變量(或者LISP的符號)對應的值。而LISP的符號表會隨著求值的過程(副作用)而改變。

class Context(UserDict):

def __init__(self, parent=None):

UserDict.__init__(self)

self.parent = parent

Context類表示一個符號表，或者說LISP求值的“上下文”。Context只不過是一個dict而已，輸入符號，對應到值。這個parent稍候解釋，因為context可以嵌套。

然后，每個LISP函數都可以用Python函數表示。定義為由“上下文和參數的笛卡爾積”到python值的映射。簡而言之，每個LISP函數對應的Python函數，除了“普通參數”以外，還要Context作為額外的參數。比如：

def add(context, one, another):

return one + another

# ['+', 1, 2] calls this function and evaluates to 3

這個函數和符號表無關，不讀取符號表，也不改變符號表。

又如：

def _set(context, key, value):

context[key] = value

return value

# ['set', 'x', 40] calls this function and sets symbol 'x' to 40

這是一個“賦值函數”，通過修改符號表，將符號key的對應于value的值。

而

def _print(context, expr):

print expr

return expr

# ['print', ['quote', 'hello world!']] calls this function and prints "hello world!" to standard output

這個完全依賴求值的副作用，打印輸出。

函數的基本形式就是這樣。

基本的LISP執行環境需要幾個基本的LISP函數。最基本的當然是eval函數了。LISP中，eval的功能是將一個表達式求值。我定義Python函數_eval，為了避免和內置函數eval命名沖突。

def _eval(context, expr): # 輸入expr，求expr的值

if isinstance(expr, str): # 對于符號，查找符號表獲得值

cur_context = context

# 因為符號表可以嵌套，所以迭代查找。

while cur_context is not None:

if expr in cur_context:

return cur_context[expr]

else:

cur_context = cur_context.parent

raise KeyError(expr)

elif isinstance(expr, list): # 對于表，轉換成函數調用。

first, rest = expr[0], expr[1:]

func = _eval(context, first) # 遞歸對第一個元素求值，得到函數。

if getattr(func,"call_by_name",False)==False: # 處理特殊函數。

evrest = [_eval(context, e) for e in rest]

else:

evrest = rest

return func(context, *evrest) # 調用函數，得到返回值

else:

return expr # 對于其他原子，返回其本身。

正好分3個分支，處理了LISP求值的3種情況。

上述代碼提到了“特殊函數”。一般的函數，調用前，要將參數求值，再傳入。如：

(+ (- 9 3) 4)

必須先求出(- 9 3)的值：6，才能傳入"+"函數。

但是，另外一些函數需要“按名傳遞”，即根據某些條件，選擇性地求值。如：

(if (eq (+ 1 1) 2) right wrong)

if函數是條件函數。先求第一個參數的值，如果是真，則求第二個參數的值，第三個參數不求值；如果是假，求第三個參數的值，第二個參數不動。

因此，對于這些特殊的LISP函數，需要在Python函數上做一些標記。我的做法是，在定義函數后，給這些函數設置其call_by_name的值為True。或者用@decorator更簡單。

典型的if函數，定義如下：

@call_by_name

def _if(context, condition, iftrue, iffalse=None):

if _eval(context, condition):

return _eval(context, iftrue)

else:

return _eval(context, iffalse)

@call_by_name內部完成call_by_name=True的賦值工作。而函數體內部，先用_eval函數求第一個參數的值，對于真假兩種情況，分別調用兩個分支。

另一個典型的“按名傳遞”的函數是quote，這個函數避免其內部的符號被求值。LISP中：

(quote abc)

'abc

兩者求值都得到符號abc。由于quote如此常用，因此LISP中有特殊的引號'語法，方便quote函數的應用。

在Python中：

@call_by_name

def quote(context, expr):

return expr

def q(expr):

return ['quote',expr]

quote函數不對expr求值，而直接返回expr。我還定義了Python函數q，類似LISP的'，方便書寫。

有了以上基本函數，其實可以編一些簡單的程序了。以下是一個演示。

# 首先，使用之前，要實例化一個Context對象：

default_context = Context()

# 然后，將基本函數加入這個符號表

default_context["eval"] = _eval

default_context["print"] = _print

default_context["quote"] = quote

default_context["set"] = set

default_context["+"] = add

# 最后，用eval函數求值即可。

# 這是Hello world

_eval(default_context, ["print", q("Hello world!")])

# 屏幕上顯示Hello world!

# 賦值語句

_eval(default_context, ["set", q("x"), 5])

# 改變符號表，"x"對應整數5。

# 計算簡單的加法

result = _eval(default_context, ["+", ["+", 1, "x"], 3])

print result

# 輸出9

總結：

通過以上程序，可以看出，這種實現，輸入是完全合法的Python表達式，輸出也是Python表達式。求值僅僅是用Python語言做了Python表達式的處理而已。

根據目前定義的函數，這個“語言”功能還非常簡單；但是，下篇將引入更多函數，使得這個“語言”逐漸趨近于功能完備的程序設計語言。

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2010-04-20 02:21

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的lisp语言代替python_PLisp: 集成在Python中的LISP语言实现 (1)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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