Первые шаги в GNU Common Lisp

	Лисп безнадежно устарел. Самый старый миф. Действительно, Лисп появился еще в конце 50-х годов прошлого века, и уже тогда заметно отличался от своих собратьев. Но собственно говоря, уже тогда начало формироваться два класса языков - процедурный ( тот же Фортран, Алгол и т.д.) и функциональный, примерами которых являются Лисп. РЕФАЛ, Форт и еще несколько других. За эти годы многие из языков, которые громко объявлялись как "универсальные" (вспомним Кобол и PL/1) постепенно канули в Лету, а Лисп, как хорошее марочное вино, постепенно набирал выдержку и становился все мощнее и интереснее. В современных версиях языка (о которых мы и будем говорить), вы найдете все те решения, которые были беззастенчиво позаимствованы в С++, Perl и других популярных языках. Но, увы, копии не смогли превзойти оригинал...
	На Лиспе никто не пишет... Ага, это секретный язык г-на Водолазкого... Он владеет им в гордом одиночестве! Ну что вы право... Взгляните, например, на конференцию USENET comp.lang.lisp. Ежедневно в нее помещается порядка 350-500 статей, что возможно, меньше, чем в конференцию, посвященную Delphi, но вот уровень поднимаемых вопросов гораздо выше. Лисп является исключительно популярной системой при реализации встроенных языков расширения программных систем. Самые популярные примеры - EMACS и Autocad, но пользователям Linux стоит упомянуть также и GIMP.  Стоит также упомянуть, что программисты на Лиспе являются предметом постоянной охоты западных рекрутинговых агентств и с завидным постоянством выявленные таланты вывозятся с территории стран СНГ. Впрочем, если учесть, что министерство обороны США объявило Common Lisp официальным языком для построения военных систем искусственного интеллекта, это неудивительно.
	Я не вижу спроса на Лисп-программирование. Спрос бывает разный. Программисты на Лиспе действительно не нужны при разработке бухгалтерских программ. У Лиспа совершенно другая ниша - это язык для решения действительно интересных, а потому  сложных задач. Кстати, задачи искусственного интеллекта являются только небольшой областью, в которой Лисп занимает ведущие позиции во всем мире. Программисты на Лиспе являются наиболее тщательно оберегаемыми от внешнего мира интеллектуальными ресурсами крупнейших компаний - именно они разрабатывают программные комплексы стратегического планирования и анализа, а поэтому реклама им не нужна - хорошие заработки и сдувание пылинок гарантированы!
	В Лиспе нет графического интерфейса... Просто потрясающе! Самый первый графический интерфейс, с которого впоследствии были слизаны и Microsoft Windows и MacOS были реализованы именно на Лисп-машине! Никаких проблем в том, чтобы реализовать графический интерфейс и на обычной платформе PC нет - и в этом вы убедитесь прямо сегодня!
	Лисп работает очень медленно. Честно говоря, я тоже так думал. Но еще лет десять назад, под влиянием нескольких публикаций о реализации Лиспа на Бейсике, я написал небольшой (но полностью функциональный и расширяемый) интерпретатор Лиспа на языке Паскаль для ДВК-3. И что вы думаете? Мой доморощенный Лисп работал на вычислительных задачах быстрее, чем родной Бейсик фирмы DEC! А вывод прост - эффективность языка во многом определяется как его реализацией, так и качеством прикладных программ. Ну да ладно хвастаться былыми достижениями, современные версии Лиспа (например, GNU Common Lisp) построены куда изящнее, чем моя поделка и на современных платформах работаю весьма и весьма прилично. А если добавить возможность распараллеливания работы Лисп-программ на нескольких машинах в сети (при желании читателей этому вопросу будет посвящена отдельная статья), то становится ясно, что никаких принципиальных ограничений для производительности Лисп-систем сегодня нет.
	Для Лиспа нет компилятора. Вообще то, это так, поскольку для серьезных Лисп-программ полная компиляция противопоказана - ведь в этом языке единство кода и данных поддерживается на все 100% и зачастую программа синтезируется непосредственно во время выполнения. Но что касается использования компилятора для генерирования промежуточного кода, ускоряющего последующую загрузку и выполнение программ, а также защиту исходного кода программ, то такие решения есть, и входят в состав стандартных дистрибутивов (вернее сказать, встроены в саму среду Лиспа).
	В Лиспе слишком много скобок... Ах, мне бы ваши проблемы! Тосно так же можно утверждать, что в Паскале слишком часто используется двоеточие, а в Си - точка с запятой. Да, плохо написанная программа просто пестрит скобками, но ведь это именно плохо написанная программа, а не Лисп как таковой...

Лисп шаг за шагом

Ну что же, если вы хотя бы частично согласились с моими доводами, давайте попробуем пощупать Лисп собственными руками. В принципе, практически в любой дистрибутив Linux входит та или иная версия Лиспа, но мы будем вести речь об "официальной версии" проекта GNU, которая по вполне понятным причинам называется GNU Common Lisp (GCL). На момент написания этих строк последней версией на сервере ftp.gnu.org являлась версия 2.4.1. О ней пойдет речь ниже. В состав Slackware 8.0 входит установленная система GCL 2.4.0. Все описываемые примеры вполне работоспособны и в ней, но все равно я рекомендую вам извлечь дистрибутив в котором вы найдете массу полезной информации.

Установка GCL

Первое, с чего следует начать, это установить Лисп на вашей машине. К слову сказать, если на вашем компьютере установлен дистрибутив Slackware 4.0, то при работе на машинах класса выше Pentium-I GCL работать откажется - скажутся ошибки в устаревших версиях системных библиотек. Так что позаботьтесь об обновлении программного обеспечения. Итак, ваша задача извлечь c с сервера GNU или одного из его зеркал дистрибутив Common Lisp, который находится в файле gcl-2.4.1.tgz , а затем распаковать его (я обычно использую для этой цели каталог /usr/src) и собрать:

cd /usr/src

tar xvfz gcl-2.4.1.tgz

cd gcl-2.4.1

./configure

make 

make install

Все! Система установлена и готова к работе. Никаких перезагрузок не потребуется. Теперь давайте проверим ее работоспособность.

Первый вызов Лиспа

 Для этого нам нужно вызвать интерпретатор Лиспа с помощью команды gcl . Ну а что делать дальше, показано на рис.1



Рис.1. Первая проба пера в Лиспе

Итак, что мы видим... Во-первых, разработчики забыли сменить номер версии, и хотя мы устанавливали GCL 2.4.1 система не признает новый номер версии и по-прежнему выводить старый. Но это опытного программиста пугать не должно. Далее вы можете увидеть как с помощью встроенных функций Лиспа можно решать вычислительные задачи. Несмотря на кажущуюся непривычность записи все достаточно просто. Лет сто назад Владимир Ильич Ленин по какому-то случаю заметил, что весь мир можно описать с помощью дифференциальных функций. Лисп некоторым образом поддерживает этот подход - в нем все также представляется с помощью функций. Любое выражение в Лиспе представляет собой вызов функции, оформленной достаточно стандартным образом,

(имя_функции  аргумент_1  аргумент_2 ...)

(sqrt (+ (*3 3) (* 4 4)))

(defun   ( <список_аргументов>)

      <тело-функции>

 )

Понятно, что список аргументов может быть пустым, как например, у функции bye. Что касается тела функции, то это последовательность вызова функций Лиспа, которые реализуют логику работы создаваемой нами функции. Любая функция возвращает результат - это значение, получаемое в результате вычисления последней функции в теле. Фуу-ф, понятие "функция" настолько часто встречается в Лиспе, что избежать тавтологии кажется совершенно невозможным...


Но ближе к делу, чтобы продемонстрировать еще пару моментов, мы поступим следующим образом. Открывайте любой текстовый редактор и вводите определения, представленные на рис.2.



Рис.2. Программа расчета сторон прямоугольного треугольника

Прежде чем приступить к запуску этой программы на выполнение, давайте отметим несколько новых понятий. Во-первых, точка с запятой является идентификатором текстового комментария. При этом в Лиспе существует традиция, по которой тремя точками с запятой отделяются комментарии, имеющие отношение ко всей программе в целом, двумя - к отдельной функции или фрагменту кода, а одна точка с запятой ставится в конце строки, если комментарий имеет локальный характер и относится только к этой отдельной строке.

Второе, на что необходимо обратить внимание - это определение функций. Я глубоко убежден, что писать тексты программ по-русски все же удобнее, чем по-английски, особенно, если оценки за "аглицкий" в школе выше тройки поднимались редко. И мое субъективное  мнение разделяют  французы (книги по Лиспу на французском используют примеры, написанные на французском) и даже финны, которых не больше, чем жителей в Московской области. А то, что мы используем кириллицу, только играет нам на руку - вы сразу видите, работаете ли вы со встроенной функцией, или со своей собственной.

Сами определения функций имеют вполне обыденный вид. В принципе можно было бы обойтись и одной функцией гипотенуза, но введение дополнительной функции квадрат упрощает понимание всей программы, и позволяет предотвратить дублирование ввода одного и того же кода.  Это как раз и является предпосылкой для сокращения количества вложенных скобок в Лиспе - старайтесь всегда, когда есть возможность, выносить определения отдельных фрагментов в специализированные функции.

Теперь обратите внимание на функцию setq. Не вдаваясь в детали отметим, что это функция, предназначенная для присвоения значения переменной, которая является первым аргументом. Значение определяется вторым аргументом, которым может быть и вызов функции. Собственно говоря, и имя самой переменной, которой присваивается значение, также может быть получено в результате вызова функции, но я вас пока такими примерами пугать не буду.

И наконец, завершают программу несколько вызовов функций для вывода результатов расчетов. В данном случае нам достаточно трех из них.
Функция prin1 выводит на печать результат оценки значения своего первого аргумента, а функция princ интерпретирует свой аргумент как символьную строку. И наконец, terpri предназначена для перехода на новую строку. Конечно, в Лиспе имеются и более мощные, унифицированные средства форматирования входных и выходных потоков, но я пока не буду забивать вам голову этими материями...

Итак, с программой вроде бы разобрались. Предположим, вы поместили ее в файл gipotenuza.lsp. Теперь нам осталось запустить ее на выполнение. Сделать это можно двумя способами. Во-первых, вы можете вызвать gcl из командной строки, передав ему в качестве аргумента входной файл:

gcl -f gipotenuza.lsp

Файл будет загружен и автоматически запущен на выполнение. А поскольку последним вызовом функции в этом файле является команда завершения работы Common Lisp, на консоль будет выведена строка,

Треугольник имеет стороны: 12 5 13.0

Второй способ предполагает загрузку программы из самого Common Lisp. Для этого вы используете вызов функции load, которой в качестве аргумента передается имя файла.



Рис.3. Вызов программ на Лиспе из командной строки и из среды.

Все определения функций и их вызовы при любом способе вызова последовательно обрабатываются и выполняются. Конечно, если бы мы не ввели завершающий вызов bye, то после завершения обработки программы мы остались бы в среде GCL. Но это правильно! Ведь на может потребоваться загрузить не только готовую программу, но и скажем, файл, в котором содержатся определения наших функций.

Работа с графическим интерфейсом

Ну что же, теперь пришло время познакомить читателя с использованием графического интерфейса. Одна из особенностей GCL заключается в том, что эта система позволяет достаточно просто подключать внешние библиотеки, входящие в состав Linux. Одной из таких библиотек является Tk - это бибилотека для быстрого проектирования графического интерфейса пользователя. Во время компиляции вашей Лисп-системы эта библиотека была подключена к интерпретатору Лиспа и нам остается ее только активизировать.

Конечно, чтобы детально понять, как работает приведенный ниже пример, вам потребуется гораздо больше информации, чем была приведена ниже. Но чтобы не скрывать лес за деревьями, я не буду размениваться на частности. В конце концов вы можете принимать пока  приводимые конструкции как некоторые "заклинания" суть которых станет ясна позднее.

Ключевая конструкция для подключения графического интерфейса выглядит очень просто - это один единственный вызов функции

(si::tkconnect)

;;;
;;; msg.lsp - Программа вывода текстового окошка с испльзованием
;;;           встроенного шлюза Lisp-Tk
;;;

(si::tkconnect)   ; подключаем библиотеку Tk

(in-package "TK") ; включаем ее каталог в наше пространство симоволов


;; Функция wm предназначена для настройки параметров оконного
;; менеджера. Данный вызов позволяет изменить заголовок окна
 
(wm :title '|.|' "Всем привет от GCL 2.4.1")

;; Теперь создаем два фрейма в окошке - верхний для текстовых
;; сообщений, а нижний - для кнопок

(frame '.main :relief "raised" :borderwidth 0)
(pack '.main :side "top")

(message '.main.txt :relief "raised" :borderwidth 1
                :width 600  
                :text  "
                       Наша первая программа на Common Lisp!
                       Предназначена для вывода в окошке списка файлов
                       из корневого каталога системы
" )
(frame '.buttons :relief "raised" :borderwidth 1)
(pack '.buttons :side "bottom")

;; Помещаем фреймы в основное окно с использованием менеджера геометрии,
;; заимствованного из Tk в Java

(pack '.main.txt :side "top" :fill "x")

;; Теперь нам необходимо создать кнопочку, помещаемую в нижний кадр и
;; связать с ней некоторую операцию

(button '.buttons.ls :text "О программе" :command `(about))
(button '.buttons.ok :text "Закончить" :command `(bye))

(pack '.buttons.ls '.buttons.ok :side "left" :expand 1)
(pack '.buttons :side "bottom" :expand "yes" :fill "both")

(focus '|.|)


;; about - Новое сообщение

(defun about()
  (destroy '.main.txt)
  (message '.main.txt :text "Мы легко можем заменить текущее сообщение
в окошке программы на новое. А чтобы завершить работу
достаточно нажать кнопку \"Закончить\"" :width 600) 
   (pack '.main.txt)
)