Рекурсивные функции и структуры данных

Приверженцы Лиспа ценят его за элегантность, гибкость, а, главное, за способность к точному представлению программистских идей и удобство отладки. Методы программирования на Лиспе потребовали от авторов Лиспа большого числа нетрадиционных решений и соглашений, основа которых предложена и опробована Дж. Мак-Карти с его коллегами и учениками в определении этого языка (Lisp - list processing) и в первых реализациях Lisp 1.0 и Lisp 1.5. Наиболее общие из них признаны как принципы функционального программирования:

1. Унификация понятий <функция> и <значение>.

   При символьном представлении информации нет принципиальной разницы в природе изображения значений и функций. Следовательно нет и препятствий для обработки представлений функций теми же средствами, какими обрабатываются значения, т.е. представления функций можно строить из их частей и даже вычислять по мере поступления и обработки информации. Именно так конструируют программы компиляторы.
2. Кроме функций-констант вполне допустимы функции-переменные.

   Отсутствие навыков работы с функциональными переменными говорит лишь о том, что надо осваивать такую возможность, потенциал которой может превзойти наши ожидания теперь, когда программирование становится все более компонентно ориентированным.
3. Самоприменимость.

   Первые реализации Лиспа были выполнены методом раскрутки, причем в составе системы сразу были предусмотрены и интерпретатор и компилятор. Оба эти инструмента были весьма точно описаны на самом Лиспе, причем основной объем описаний не превосходил пару страниц.
4. Интегральность ограничений на пространственно-временные характеристики.

   Если не хватает памяти, принципиально на всю задачу, а не на отдельные блоки данных, возможно мало существенных возможностей для ее решения. При недостатке памяти специальная программа "мусорщик" пытается найти свободную память. Новые реализации этого механизма рационально учитывают преимущества восходящих процессов на больших объемах памяти.
5. Уточняемость решений.

   Реализация Лиспа обычно содержит списки свойств объектов, приспособленные к внешнему доопределению отдельных элементов поведения программируемой системы.
6. Динамическое управление вычислениями и конструированием программ

В стандартных языках программирования принята императивная организация вычислений по принципу немедленного и обязательного выполнения каждой очередной команды. Это не всегда оправдано и эффективно. Существует много неимперативных моделей управления процессами, позволяющих прерывать и откладывать процессы, а потом их восстанавливать и запускать или отменять, что обеспечено в Лиспе средствами конструирования функций, блокировки вычислений и их явного выполнения.

Многие реализационные находки Лиспа, такие как ссылочная организация памяти, "сборка мусора" - автоматизация повторного использования памяти, частичная компиляция программ с интерпретацией промежуточного кода, длительное хранение атрибутов объектов в период их использования и др., перекочевали из области исследований и экспериментов на базе Лиспа в практику реализации операционных систем и систем программирования.

В настоящее время наблюдается устойчивый рост рейтинга интерпретируемых языков программирования и включение в компилируемые языки механизмов >символьной обработки и средств динамического анализа, что повышает интерес к Лиспу и функциональному программированию. Современные языки и технологии программирования унаследовали опыт реализации и применения Лиспа и других языков символьной обработки. Так, например, Java берет на вооружение идеи неполной компиляции и освобождения памяти, объектно-ориентированное программирование реализует объекты похоже на списки свойств атомов Лиспа, хэш-таблицы языка Perl созвучны по применению ассоциативным спискам Лиспа. Python обрабатывает программы с нетипизированными переменными.

Наследие Лиспа в информатике достойно отдельного изложения. Существуют и активно применяются более трехсот диалектов Лиспа и родственных ему языков (Interlisp, muLisp, Clisp, Scheme, Ml, Cmucl, Logo, Hope, Sisal, Haskell, Miranda и т.д.) По современным меркам реализации Лиспа компактны и непритязательны к оборудованию. Существуют свободно распространяемые версии, занимающие менее Мегабайта, пригодные к применению на любом процессоре.

В этом курсе мы сконцентрируемся на ключевой идее Лиспа - сведении понятия "программа" к взаимодействию разных категорий функций, а также на основах и методах функционального программирования. Подробно познакомимся с базисом Лиспа, проанализируем конструктивность методов программирования на Лиспе, изучим построение Лисп-системы и узнаем ее архитектурные особенности, рассмотрим методы эффективного и прикладного программирования в функциональном стиле. С математическими основами Лиспа можно ознакомиться подробнее на страницах журнала "Компьютерные инструменты в образовании", N 2-5 за 2002 год.

Выводы:

• Функции могут быть использованы для построения программ.
• Новые функции можно конструировать на основе ранее определенных.
• Программирование с помощью функций обеспечивает гибкость программ.

Вопросы:

1. Назовите авторов различных идей в программировании.
2. Перечислите названия языков и систем программирования, а также информационных систем, с которыми вы знакомы.
3. Опишите наиболее известные принципы программирования и приемы записи программ.
4. Какие понятия и конструкции необходимо изображать в текстах программ?