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| author | eltrac <hi@eltr.ac> | 2026-09-26 10:06:26 +0800 |
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| committer | eltrac <hi@eltr.ac> | 2026-09-26 10:06:26 +0800 |
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[draft] rename clojure tutorials
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diff --git a/content/article/clj2.md b/content/article/clj2.md new file mode 100644 index 00000000..a5d6207c --- /dev/null +++ b/content/article/clj2.md @@ -0,0 +1,372 @@ ++++ +title = 'Coffee Break Clojure, Vol.2' +subtitle = "Forms O' Plenty" +slug = 'clj2' +aliases = '/article/tutorial-clj-2/' +tags = ["Lisp","编程"] +categories = '茶歇蔻芥' +date = 2026-09-25 18:43:53 +draft = true +toc = true ++++ + +[上一篇](http://localhost:1313/article/tutorial-clj-1/)我们配置好了 REPL,可以随时开始编写 Clojure 代码并执行。[第零篇](/article/tutorial-clj-0/)提到,被求值(Eval)的列表叫作形式(form),形式的第一个元素是操作符,剩余的是参数。根据操作符的不同,形式被分为函数形式、Lambda 形式、宏形式和特殊形式。今天的文章就来介绍这几种形式。 + +## 函数形式 + +不难理解,函数形式就是操作符为函数的形式,比如这个 `println` 形式: + +```clojure +(println "Hello World") +``` + +我们知道 `"Hello World"` 是字符串,那 `println` 是什么类型?在其他语言里我们可能很少考虑函数名本身的类型,但别忘了 Lisp 的「代码即数据」本质。要把待求值的形式当作数据而非形式处理,只需要把它 `quote` 起来。 + +这里要引入 Clojure 的 `type` 函数,它返回输入值的类型。我们不妨把刚才的形式 `quote` 起来,然后获取他的第一个元素 `println`,看看它是什么类型。 + +```clojure +(type (first '(println "Hello World"))) +;; => clojure.lang.Symbol +``` + +类型是 `Symbol`(符号)!这是 Lisp 中的一种特殊数据类型,和其他的原子不同,符号不是自求值(self-evaluating)的。意思是说,对 `"string"` 求值得到的是 `"string"` 本身,但对符号求值得到的是符号指向的其他值。 + +要定义一个符号很简单,只需要用到 `def`。 + +```clojure +(def my-symbol 123) +;; => #'user/my-symbol + +123 +;; => 123 + +my-symbol +;; => 123 +``` + +可见符号和它指向的数据本身是等价的,对 `123` 求值和对 `my-symbol` 求值得到的结果都是 `123`。 + +接下来试试让符号指向函数: + +```clojure +(def my-fn + (fn [a b] (+ a b))) +;; => #'user/my-fn + +(fn [a b] (+ a b)) +;; => #object[user$eval170$fn__171 0x6f8e0cee "user$eval170$fn__171@6f8e0cee"] + +my-fn +;; => #object[user$my_fn 0x3df978b9 "user$my_fn@3df978b9"] + +(my-fn 1 2) +;; => 3 +``` + +`fn` 是个宏(macro),稍后我会讲到它为什么必须是个宏而不能是函数。你可以把它理解为其他语言里的匿名函数,或者 Lambda 表达式。实际上 `fn` 就是 Common Lisp 和 Scheme 里的 `lambda`,不过换了个名字。 + +直接对 `fn` 形式求值得到的是形如 `#object[...]` 的字符串,这个字符串是 JVM 上某个数据的文字表示。像函数这种数据没办法像字符串和数字那样直接表示出来,于是就用这种标记表示。 + +输出这种标记对程序而言没有意义,使用函数的正确方式当然是调用它。上述例子中的 `(my-fn 1 2)` 就是个函数形式,第一个元素是指向函数的符号,剩下的数据作为参数传递给符号指向的函数。 + +既然符号本身也是数据,那么如果形式的第一个元素不是符号,而是返回符号的函数调用,能否正常调用函数呢?还记得 `eval` 本身也是个函数吗? + +```clojure +((eval 'my-fn) 1 2) +;; => 3 +``` + +之前我们提到对 `(eval (quote x))` 求值和对 `x` 本身求值是等价的,这里也成立。对 `my-fn` 求值返回的是个符号,对 `(eval 'my-fn)` 求值得到的也是个符号。只要形式的第一个元素是指向函数的符号,就能完成函数调用。 + +根据条件返回不同类型的符号也是可以的: + +```clojure +(def a 1) +;; => #'user/a +((if (> a 1) + -) 2 1) +;; => 1 +``` + +好了好了,没人会这么写程序的。你现在知道,==函数形式就是操作符为指向函数的符号的形式==,对函数形式求值就是调用函数。还记得刚才让一个符号指向一个值的 `def` 吗?如果要用来声明函数,还有更简便的写法: + +```clojure +(def my-fn + (fn [a b] (+ a b))) + +;; 等价于 +(defn my-fn [a b] + (+ a b)) +``` + +写 Clojure 函数的时候你多半只会用到 `defn`,但不要忘了函数名和变量名一样,都只是符号而已。 + +记住这个原理你能做到很多有趣的事情。比方说,在其他语言里我们经常对值做一些操作,然后赋值给变量,就像这样: + +```clojure +(def a (reduce + '(1 2 3))) +;; => #'user/a + +a +;; => 6 +``` + +我们对列表 `(1 2 3)` 做了累加操作,变成了 `6`,然后赋值给 `a`。函数也可以这么干,比如 `partial` 就是对函数的操作,可以让我们提前填充函数的某些参数,然后返回新的函数: + +```clojure +(def plus-one (partial + 1)) +;; => #'user/plus-one + +(plus-one 3) +;; => 4 + +((partial + 1) 3) +;; => 4 +``` + +我们对函数 `+` 做了 `partial` 操作,给它提前填上了一个参数 `1`。调用得到的新函数就相当于调用 `(+ 1 ...)`。在其他语言里,要做到类似的事情,你可能要这么写: + +```clojure +(defn plus-one [num] + (+ 1 num)) +``` + +你可能注意到了 Clojure 函数和非 Lisp 语言的另一个区别:没有 `return` 语句。函数如果有多个并列的形式,就会以最后一个形式的值作为函数的返回值。 + +做个习题,下面这段函数调用为什么返回了 `nil`? + +```clojure +(defn chatty-add [a b] + (let [result (+ a b)] + result + (println result))) + +(chatty-add 1 2) ;; => nil +``` + +## Lambda 形式 + +Lambda 形式类似 JavaScript 里的立即执行函数,也就是定义一个匿名函数,然后立马执行它,这样就可以限定变量的作用域。 + +```js +(function (a, b) { + let c = a + b + return c +})(1, 2) +// => 3 +``` + +如果是 Clojure,就要这么写: + +```clojure +((fn [a b] (+ a b)) 1 2) +;; => 3 +``` + +Lambda 形式的操作符不是指向函数的符号,就是函数本身。 + +在 Scheme(另一门 Lisp 方言)里要这么写: + +```scheme +((lambda (a b) (+ a b)) 1 2) +;; => 3 +``` + +在 Scheme 里,这种写法有个语法糖,叫 `let`: + +```scheme +(let ((a 1) (b 2)) + (+ a b)) +``` + +没错,这和 JavaScript 和 Rust 等语言用于声明变量的 `let` 很类似,但 Scheme 中 `let` 仅仅是立即执行函数的语法糖。不过,在 Clojure 中,`let` 是个特殊形式,有专门的[解析器](https://github.com/clojure/clojure/blob/07adae6d24a0efcb4e6b39577c473b61df9d5f5b/src/jvm/clojure/lang/Compiler.java#L6902),我会在后文展开。 + +## 宏形式 + +前面我一直在用加减法做例子,现在不妨来看看逻辑运算。Clojure 中表示与、或、非运算的操作符分别是 `and`、`or` 和 `not`。其中 `not` 是个非常简单的函数: + +```clojure +(defn not [x] + (if x false true)) +;; 如果 x 为真,返回 false +;; 如果 x 为假,返回 true +``` + +但 `and` 和 `or` 不可以是函数,必须是宏。为什么?我们不妨假设他们是函数,看看会发生什么。 + +```clojure +(let [a 1 b 2] + (or (> b 1) + (> a 1))) +``` + +首先要对 `or` 函数的所有参数求值,得到值之后才能调用函数。`(> b 1)` 为 `true`,`(> a 1)` 为 `false`,然后得到 `(or true false)`,最后算出值为 `true`。 + +你发现了吗?我们做了一步完全多余的运算。根本不需要计算 `(> a 1)` 为 `false`,只要算出 `(> b 1)` 为 `true`,就可以算出整个 `or` 形式的值为 `true`,因为逻辑运算或只要求其中一个值为真。 + +如果 `or` 是函数,就必须做那一步多余的运算,否而得不到值,无法调用函数。然而,有些运算是有副作用的,比如从消息队列中取出一条消息,会导致其他人无法再次从队列中取到它,若 `or` 运算丢弃了这条消息,数据就丢失了。 + +那怎么办呢?有什么办法可以让参数不被预先求值吗? + +答案就是宏(macro)。宏这个机制被不少语言借鉴,比如 Rust 和 Haskell(在 Haskell 里叫 Template,模板),其实本质就是对还没求值的列表做预处理。 + +定义宏就是定义一系列对列表做变换的规则,宏作为形式的操作符时,会先进行宏展开(macroexpand),然后对展开的结果求值。宏展开之前,所有的列表都不会被求值。 + +我们来看看 `or` 这个宏的定义: + +```clojure +(defmacro or + ([] nil) + ([x] x) + ([x & next] + `(let [or# ~x] + (if or# or# (or ~@next))))) +``` + +没有参数时n展开为 `nil`,只有一个参数时展开为这个参数本身,有多个参数时会被展开为嵌套在 `let` 里的 `if`,我们看到宏还能像函数一样递归,因为 `or` 的定义包含了 `or` 本身。 + +这看起来有点难以理解,我们不妨手动展开一下: + +```clojure +(macroexpand '(or (> b 1) (> a 1))) +;; => (let* [or__5600__auto__ (> b 1)] (if or__5600__auto__ or__5600__auto__ (clojure.core/or (> a 1)))) + +;; 整理得到: +(let* [or__5600__auto__ (> b 1)] + (if or__5600__auto__ + or__5600__auto__ + (clojure.core/or (> a 1)))) + +;; clojure.core/or 就是包含命名空间的 or,指向同一个宏 +;; 由于单参数的 or 展开为参数本身,所以可以得到: +(let* [or__5600__auto__ (> b 1)] + (if or__5600__auto__ + or__5600__auto__ + (> a 1))) + +;; 为了方便理解,我们再把 let 删掉: +(if (> b 1) (> b 1) (> a 1)) +``` + +`if` 是个特殊形式,和 `let` 一样有自己的解析器。当 `if` 计算 `(> b 1)` 得到 `true` 时,就会选择第二个参数求值,第二参数是 `(> b 1)`,得到 `true`,于是返回 `true`;第三个参数 `(> a 1)` 没有被求值,我们不知道他是 `true` 还是 `false`。 + +还记得一开始的 `fn` 吗?如果 `fn` 是个函数,下面这段表达式会变成什么样子? + +```clojure +(fn [a b c] + (println a b c) + (+ a b c)) +``` + +<details> + <summary>如果 <code>fn</code> 是函数的解释</summary> + +首先对 `[a b c]` 求值,解释器会发现 `a` 这个符号不存在,然后报错。 + +</details> + +关于怎么自定义宏,就放在之后的文章再讲了。 + +## 特殊形式 + +前面提到 `if` 和 `let` 都是特殊形式,可以理解为其他语言里的保留字。这些符号有特殊的解释规则,或者编译规则。==特殊形式就是由编译器和解释器实现的形式==。函数和宏都是用户定义的,只不过有的定义在标准库里。 + +有趣的是,Clojure 的 `let` 最外层其实是个宏,而 `let*` 才是特殊形式,只不过 `let` 最终会被展开为 `let*`。 + +```clojure +(macroexpand '(let [a 1 b 1] (+ a b))) +;; => (let* [a 1 b 1] (+ a b)) +``` + +看起来 `let` 被展开之后仅仅是把 `let` 替换成了 `let*`,为什么要套一层宏呢? + +这次我们故意把 `let` 写错,看看会发生什么。 + +```clojure +(macroexpand '(let [a 1 b] (+ a b))) +;; Syntax error macroexpanding clojure.core/let at (REPL:1:1). +;; [a 1 b] - failed: even-number-of-forms? at: [:bindings] +;; spec: :clojure.core.specs.alpha/bindings +``` + +报错了,错误在 `[a 1 b]`,失败原因是 `let` 里写的符号绑定应该是偶数个。这个语法检查并不是编译器实现的,而是宏定义的: + +```clojure +(defmacro let + [bindings & body] + (assert-args + (vector? bindings) "a vector for its binding" + (even? (count bindings)) "an even number of forms in binding vector") + `(let* ~(destructure bindings) ~@body)) +``` + +`assert-args` 是标准库内部的宏,用来断言(assert)参数是否符合规范(spec)。在 `let` 的宏定义中,它要求 `bindings`(符号绑定)是向量(也就是包裹在 `[]` 里的数据结构),并且是偶数个。断言失败就不会继续展开宏,而是会报错。 + +如果没有问题,`let` 就会被展开为 `let*`,展开之前还对 `bindings` 执行了 `destructure` 操作。这是解构,解构是 Clojure 的语法特性,Python 和 JavaScript 也有解构: + +```js +let anObject = { a: 1, b: 2, c: 3 } +const {a, b, c} = anObject +console.log(a, b, c) // 1 2 3 +``` + +上述代码用 `{a, b, c}` 代替了变量名,用来从 `anObject` 这个对象里提取和变量名同名的属性。这就是解构操作。 + +Clojure 没有用编译器实现解构,而是用 `destructure` 函数实现的,这个解构函数在 `let` 宏展开时调用。以下是用 `let` 解构的例子: + +```clojure +(def a-map {:a 1 :b 2 :c 3}) +(let [{:keys [a b c]} a-map] + (println a b c)) +;; (out) 1 2 3 +;; => nil +``` + +如果对上面的 `let` 形式做宏展开,就会得到: + +```clojure +(let* [map__147 a-map + map__147 (if (seq? map__147) (if (next map__147) (clojure.lang.PersistentArrayMap/createAsIfByAssoc (to-array map__147)) (if (seq map__147) (first map__147) clojure.lang.PersistentArrayMap/EMPTY)) map__147) + a (get map__147 :a) + b (get map__147 :b) + c (get map__147 :c)] + (println a b c)) +``` + +正因为 `let` 本身是宏,而非单独的编译器实现,Clojure 的 `let` 和其他 Lisp 的 `let` 比起来才好用不少。在 Common Lisp 和 Scheme 中,`let` 和 `let*` 的作用不同,比方说下面这段代码是有问题的: + +```lisp +(let ((a 1) (b 2) (c (+ a b))) + (+ a b c)) +; in: LET ((A 1) (B 2) (C (+ A B))) +; (+ A B) +; +; caught WARNING: +; undefined variable: COMMON-LISP-USER::A +; +; caught WARNING: +; undefined variable: COMMON-LISP-USER::B +; ... +``` + +求值 `(+ a b)` 的时候,Common Lisp 解释器会认为 `a` 和 `b` 没有被绑定,因为 `(c (+ a b))` 和 `a`、`b` 的绑定在同一个 `let` 里。如果要使用在同一个 `let` 定义的其他符号,就要用 `let*`: + +```lisp +(let* ((a 1) (b 2) (c (+ a b))) + (+ a b c)) +; 6 +``` + +《[A Scheme Primer](https://files.spritely.institute/papers/scheme-primer.html#fn.more-lets)》里写到,如果 Scheme 的规范要从头开始指定,最好要把 `let`、`let*` 还有 `letrec`(允许递归引用符号自己的 `let`)都合成同一个。Clojure 作为较新的一门 Lisp 方言,少了很多历史遗留问题。 + +--- + +## 最后 + +现在你应该知道求值 Clojure 形式时,解释器底下大概都发生了什么,你应该也熟悉了一些基本的函数、宏和特殊形式,比如 `let` `if` 和 `fn`,可以写一些简单的 Clojure 程序了。 + +其实除了本文提到的四种形式,Clojure 还可以用特定类型的数据作为操作符(比如用一个集合做操作符,用于查看参数是否存在于集合内),也可以当作一种类型的形式。这要留到下篇讲了。 + +下一篇我们要了解 Clojure 里的集合数据类型,分别是我们已经见过的列表(list)和向量(vector),此外还有集合(set)和映射(map)。我们还会讲到如何操作这些集合,包括遍历和筛选等等。我们还会了解到惰性序列(Lazy sequence),然后你就可以写程序处理相对复杂的数据,并且能够到同时做到语法简洁和高性能。这些都是后话了。 + +回见! + |
