ANSI Common Lisp 主要論點詳解

本文件旨在根據提供的《ANSI Common Lisp 中文翻譯版》前言及目錄，提取並詳細闡釋書中關於 Common Lisp 語言本身及其程式設計哲學的主要論點。書中不僅教授語言特性，更強調 Common Lisp 所蘊含的獨特且強大的程式設計思維與方法。

論點一：Common Lisp 作為一門獨特且強大的語言，賦予程式設計師超越傳統的能力。

Common Lisp 被描述為繼 FORTRAN 之後仍在使用的最古老的程式語言，但其非凡之處在於它始終走在程式語言技術的前沿。作者認為 Lisp 之所以與眾不同，部分源於其被設計為能夠自我演化。這意味著程式設計師可以使用 Lisp 定義新的 Lisp 操作符（Operators）。當新的抽象概念（例如面向對象程式設計）流行時，它們最容易在 Lisp 中實現。這種靈活性使得 Lisp 就像生物的 DNA 一樣，永遠不會過時。

更關鍵的是，Lisp 讓程式設計師能夠實現其他語言難以做到的事情。書中以詞法閉包（Lexical Closure）為例，展示了 Lisp 可以輕鬆返回一個帶有「記憶」的函數（如 addn 函數可以記住創建它時的數字 n 並將其加到任何輸入參數上），這在許多主流語言中是不可實現的，或者實現起來極其複雜。Lisp 程式員頻繁地使用閉包這一抽象概念，使其成為程式設計的常態工具。

另一個 Lisp 獨特且更有價值的特點是，Lisp 程式本身就是由 Lisp 的數據結構（特別是列表）來表示的。這表示程式設計師可以撰寫能夠撰寫程式的程式。這種能力主要體現在巨集（Macros）的應用上。巨集在編譯時執行，接收程式碼作為輸入，並輸出修改或生成的程式碼，從而擴充或改變語言的語法和行為。這使得有經驗的 Lisp 程式員能夠並且經常為自己特定的程式需求量身打造語言。這一能力被視為 Lisp 凌駕於面向對象程式設計之上的重要基礎之一，第 10 章和第 17 章的範例將詳細闡述和證明這一點。

學習 Lisp 因此不僅僅是學習一門新的語言，它更教會程式設計師一種嶄新且更強大的程式思考方法。Lisp 提供的工具和抽象概念（如閉包、巨集、執行期類別等）共同組成了一個關鍵部分，使得一種新的、更自由、更有效率的程式設計方式成為可能。

論點二：Common Lisp 的核心特性促進自底向上程式設計、軟體可擴充性與可重用性。

Common Lisp 的一系列新特性——自動記憶體管理（垃圾回收）、顯式類型（值有類型而非變數）、閉包等——使程式設計變得更簡單。更重要的是，這些特性結合起來，使得一種新的、高度可擴充的程式設計方式得以實現。

Lisp 的設計理念是可擴充的：它允許用戶定義自己的操作符。這之所以可行，是因為 Lisp 語言本身的構造（包括內建函數和巨集）與使用者自己編寫的程式碼使用了相同的形式和機制。擴充 Lisp 就像寫一個 Lisp 程式一樣簡單。這種擴充語言自身的能力非常有用，以至於成為 Lisp 程式設計的標準實踐。當程式設計師使用 Lisp 編程時，他們同時也在為自己的程式創建一個更適合的語言。這種工作方式既是自底向上（從基本元素構建複雜結構），也是自頂向下（從問題需求定義語言特性）。

幾乎所有的程式都能從客製化適合自己所需的語言中受益，而越複雜的程式，自底向上程式設計的價值就越顯著。一個遵循自底向上原則設計的程式，可以寫成一系列層次，每一層都作為其上一層的程式語言。雖然理論上可以用任何語言實現自底向上設計，但 Lisp 本質上最適合這種方法，因為其語言本身的靈活性和可擴充性與這種方法高度契合。

自底向上的編程方法自然地發展出可擴充的軟體。如果將程式設計的最上層視為用戶與之互動的介面，那麼這一層就成為用戶的程式語言。由於可擴充的思想深植於 Lisp 中，使得 Lisp 成為實現可擴充軟體的理想語言。書中提到，三個 1980 年代最成功的程式——GNU Emacs、Autocad 和 Interleaf——都提供了 Lisp 作為其擴充語言，這正是 Lisp 在此方面的成功實例。

此外，自底向上的編程方法也是獲得可重用軟體的最佳途徑。寫可重用軟體的本質在於將共同的部分從細節中分離出來。自底向上的編程過程自然地創造了這種分離。程式設計師不是努力撰寫一個龐大的應用，而是努力創造一個更適合該應用的語言，然後在這個語言上用相對小的努力來撰寫應用。應用相關的特性集中在最上層，而底下的層次可以構成一個適合這類應用的語言——還有什麼比程式語言本身更具可重用性的呢？

論點三：Lisp 支持一種新的軟體開發模式，強調探索、快速迭代和降低錯誤成本。

Common Lisp 不僅讓程式設計師能夠編寫更複雜的程式，而且編寫速度更快。Lisp 程式通常很簡短，因為 Lisp 提供了更高的抽象層次，程式設計師不必編寫大量的低層次程式碼。正如 Frederick Brooks 所指出的，程式編寫所花的時間主要取決於程式的長度，因此 Lisp 程式的簡潔性直接導致更短的開發時間。

這種效率優勢還被 Lisp 的動態特性所放大。在 Lisp 中，編輯-編譯-測試的循環非常短，使得編程感覺像是即時的。這種更高的抽象層次與互動式開發環境相結合，能改變整個組織開發軟體的方式。

書中提到了「快速建型」（Rapid Prototyping）的概念，這種編程方法始於 Lisp。在 Lisp 中，程式設計師可以用比編寫詳細規格說明更短的時間，寫出一個功能性的原型。這個原型通常比用自然語言編寫的規格說明更精確、更具體。而且，Lisp 允許程式設計師從原型順利地轉向產品軟體，因為 Common Lisp 程式，透過現代編譯器的編譯，可以運行得與用其他高階語言編寫的程式一樣快（第 13 章討論速度優化）。

Lisp 支持的開發模式與傳統的「規劃-然後實現」（plan-and-implement）模式形成鮮明對比。傳統模式試圖通過詳細的事前規劃來避免錯誤，假設實現只是將規格轉化為代碼的簡單過程。然而，現實中規格說明由人編寫且難免有缺失，實現過程也充滿挑戰。傳統模式因此往往低效。

Lisp 風格的新模式則假設錯誤是不可避免的，並設法盡量降低錯誤的成本（即修補錯誤所花的時間）。強大的語言和開發環境（如 Lisp 提供的）能大幅降低錯誤成本。這種模式鼓勵更多的探索，更少的事前規劃。規劃被視為一種必要之惡，其程度取決於風險。強大的工具降低了風險，從而減少了規劃的需求。程式設計可以從最有價值的資訊來源——過去實現程式的經驗——中受益。

Lisp 風格的演進證明了這種模式的有效性：少規劃反而意味著更好的設計。通過 Lisp 快速建型，程式設計師可以經歷好幾個設計和實現的循環，而傳統模式可能還停留在規格階段。程式設計師不必過度擔心設計缺失，因為可以更快地發現它們；也不必擔心過多臭蟲，因為函數式風格限制了臭蟲影響範圍，抽象語言使某些臭蟲不可能發生，而剩下的臭蟲由於程式更短且環境互動，更容易找出並即時修補。

這種轉變被類比為文藝復興時期油畫取代蛋彩畫的過程。蛋彩不易修改，使畫家保守；油畫則彈性大，允許「再來一次」，促進了更大膽的作畫方式。Lisp 提供的彈性類似油畫，使得程式設計師可以從事更有野心的專案，正如油畫促成了繪畫的黃金時期一樣。雖然 Lisp 的這種風格尚未完全普及，但其思想（互動環境、垃圾回收、執行期類型等）正逐漸被主流語言借鑒，預示著程式設計領域正經歷一場相似的變革。

總之，本書的核心論點在於將 Common Lisp 定位為一門具有獨特強大能力（閉包、巨集）的語言，這種能力使其能夠自我演化並超越傳統程式範式（如 OOP）。Lisp 的特性集合（動態類型、自動記憶體管理、互動環境）支持一種高效的自底向上程式設計方法，這促進了軟體的可擴充性和可重用性。最終，這些技術基礎共同促成了一種全新的軟體開發模式，強調快速探索、降低錯誤成本，並將程式設計提升到一種更具藝術性和趣味性的層次，這也是 Lisp 黑客精神的核心——「編程應該很有趣，程式應該很優美。」