Guy Steele：common Lisp——the Language@1989 (第2版)

Common Lisp 程式語言主要論點及詳盡解釋

本文件旨在闡述 Common Lisp 程式語言的核心構成與重要特性，特別是基於 1984 年版本及其由 ANSI X3J13 委員會標準化工作所帶來的更新內容。

1. 語言宗旨與目標

Common Lisp 的設計旨在滿足多個目標，以克服早期 Lisp 方言的限制並提升其在實際應用中的可用性：
* Commonality (通用性): 作為各種 Lisp 實作的共同基礎，便於程式碼移植。
* Portability (可攜帶性): 避免難以跨平台實現的特性，讓程式碼盡可能獨立於機器特性。
* Consistency (一致性): 保證直譯器和編譯器對程式碼賦予相同的語義，避免因作用域規則差異導致的潛在錯誤。
* Expressiveness (表達力): 整合 MacLisp, Interlisp 等方言及其他程式語言中有用的構建，提供豐富且易於理解的表達方式。
* Compatibility (相容性): 盡可能與 Lisp Machine Lisp, MacLisp, Interlisp 保持相容性。
* Efficiency (效率): 提供有助於編譯器生成高品質程式碼的特性，尤其強調數值計算效能。
* Power (強大性): 提供系統構建工具的核心功能，為之上層使用者層次的套件提供基礎。
* Stability (穩定性): 語言定義僅緩慢且經過深思熟慮後進行修改，確保其作為開發平台的穩定性。

2. 核心資料類型

Common Lisp 提供了豐富多樣的資料類型，並且強調資料本身而非變數是具有類型的特性。這些類型構成一個繼承層次：
* Numbers (數字): 支援多種形式，包括任意精度的整數 (integers，分為 fixnum 和 bignum)、有理數 (ratios，即整數相除之比值，與 integers 統稱 rational)，以及不同精度等級的浮點數 (floating-point numbers，包括 short-float, single-float, double-float, long-float，與 rational 統稱 real)，及複數 (complex numbers)。所有數字統稱 number。
* Characters (字元): 表示字形或格式操作，包括標準字元 (standard-char)。定義了字元的碼 (code)、位元 (bits，後由實作定義屬性取代) 和字體 (font，後由實作定義屬性取代) 等屬性。字串 (strings) 是一維的字元陣列。
* Symbols (符號): 具有名稱 (print name)、屬性列表 (property list, plist) 和套件單元 (package cell) 的命名資料物件。用於命名變數、函數等，也作為程式碼中的常量 (如 nil, t)。
* Lists (列表) 和 Conses (Cons單元): 列表是由 Cons 單元構成的鍊條，Cons 單元有 car 和 cdr 兩個組成部分。列表以 nil 終止；非 nil 原子終止的列表稱為點狀列表 (dotted list)。列表與 nil 統稱為 list 類型。Cons 單元為 cons 類型，nil 為 null 類型。
* Arrays (陣列): 具有維度的物件集合，索引為非負整數。可為通用陣列 (儲存任何物件) 或特化陣列 (儲存特定類型物件)。一維陣列稱為向量 (vectors)。字串是一維字元陣列。位元向量 (bit-vectors) 是一維位元 (0或1) 陣列。
* Hash Tables (雜湊表): 提供高效的鍵值對應。
* Readtables (讀取表): 控制 Lisp 閱讀器解析字元的方式。
* Packages (套件): 符號的集合，作為名稱空間，用於避免命名衝突。
* Pathnames (路徑名稱): 表示檔案系統中的檔案名稱，用於檔案操作。
* Streams (串流): 資料來源或目的地，用於輸入/輸出。
* Random-States (隨機狀態): 封裝亂數生成器的狀態。
* Structures (結構): 使用者定義的記錄結構，具有命名組成部分。
* Functions (函數): 可被呼叫執行的物件，包括編譯函數、Lambda 表達式和符號。

3. 程式結構與控制流

Common Lisp 程式由形式 (forms) 組成，形式被求值以產生值和副作用。形式主要包括自求值形式 (數字、字元等)、變數 (由符號表示) 和列表 (特殊形式、宏呼叫、函數呼叫)。
* 變數: 分為詞法 (lexical) 和特殊 (special) 變數，具有不同的作用域和時效。使用 setq, setf 賦值，let, let 綁定。
* 特殊形式: 語言內建的控制結構或環境機制，如 if, cond, progn, block, catch, throw, tagbody 等。
* 宏 (Macros): 允許使用者定義新的語法擴展，將宏呼叫轉換為其他形式求值。
* 函數呼叫: 列表的第一個元素為函數名或 Lambda 表達式，其餘元素求值作為引數。支援多值返回和接收。
* 作用域 (Scope) 與時效 (Extent): 描述變數綁定、控制點等的有效範圍，分為詞法作用域與動態時效等。
* 條件判斷: if, when, unless, cond, case, typecase 等。
* 迭代: loop (無限定迭代), do, do (通用迭代), dolist, dotimes (列表/計數迭代)。
* 塊 (Blocks) 與退出 (Exits): block, return-from 提供結構化詞法退出。catch, throw 提供動態非局部退出。

4. ANSI X3J13 標準化工作帶來的重大更新 (第二版特色)

第二版納入了 ANSI X3J13 委員會為標準化 Common Lisp 所做的技術工作成果，填補了第一版中的一些空白並增加了廣泛被接受的功能。主要的增加和變更包括：
* Loop 設施 (Chapter 26): 大幅擴展了 loop 宏的功能，提供更強大且結構化的迭代控制語法，包括各種計數、遍歷、條件判斷、值累計等子句。
* Pretty Printing (Chapter 27): 增加了標準的 Pretty Printing 介面，允許使用者定義和控制資料結構的格式化輸出，支援邏輯塊、條件換行、縮排等，並與 format 整合。
* Common Lisp Object System (CLOS) (Chapter 28): 引入了完整的物件導向程式設計系統，基於泛型函數 (generic functions)、方法 (methods)、類 (classes)、多重繼承、聲明式方法組合 (declarative method combination)。所有 Common Lisp 物件都是某個類的實例。
* Condition System (Chapter 29): 提供了標準的條件處理系統，用於結構化地處理異常情況，包括錯誤、警告等。定義了條件類型 (condition types)、信號 (signaling) 機制、處理器 (handlers) 和重新啟動點 (restarts)，允許程式碼在錯誤發生時嘗試恢復或採取替代行動。

5. 其他補充

• Appendices (附錄): 包含了一些當時雖未被標準化但被認為有潛在價值的提案，如 Series 和 Generators，它們提供了其他方式來表達迭代計算。

總結而言，這份文件描述的 Common Lisp 是一個功能齊全、高度可攜帶且基於動態資料類型和豐富控制結構的程式語言。第二版通過整合 X3J13 的工作，特別是引入了強大的物件導向特性 (CLOS)、標準的條件處理機制和增強的迭代與輸出控制，使其在標準化和現代程式設計範式支援方面取得了顯著進步。