Język programowania LISP wiecznie żywy w Linux

Wprowadzenie

LISP, jeden z najstarszych języków programowania – ma ponad 50 lat dzisiaj w 2025 roku – , nadal znajduje swoje miejsce w nowoczesnym ekosystemie Linuksa. Pomimo upływu lat, jego potęga, elastyczność i unikalne podejście do programowania sprawiają, że jest on niezmiennie użyteczny. W tym artykule przyjrzymy się, dlaczego LISP pozostaje „wiecznie żywy”, jakie narzędzia i pakiety wspierają jego rozwój w systemach Linux, oraz porównamy go z jego odmianami t.j. Scheme, Racket i Clojure

Dla ciekawskich wklejam linię czasu dialektów języka LISP, którą znajdziecie w postaci klikalnej tutaj (źródło zewn.). Widać tutaj wspaniałą i długą historię ewolucji – to jest często motywacja wielu osób i firm do osadzania języka LISP w swoich produktach jako języka skryptowego (np: AutoCAD + Visual LISP, Emacs Lisp/ELisp, itp).

Charakterystyka języka LISP

Język programowania LISP (ang. List Processing) powstał w 1958 roku, zaprojektowany przez Johna McCarthy’ego. Poniżej przedstawimy podstawowe zagadnienia z LISPa. Ważna uwaga, tylko tyle wystarczy nam, aby zacząć wydajnie i sprawnie programować w LISP! Tak, nie ma tutaj błędu – LISP został stworzony jako najszybszy do nauki język programowania dawno temu i tak też się prezentuje dzisiaj.

LISP Charakteryzuje się kilkoma unikalnymi cechami t.j.:

S-wyrażenia (S-expressions)

LISP używa S-wyrażeń do reprezentowania zarówno kodu, jak i danych. To sprawia, że kod LISP jest bardzo elastyczny i łatwy do manipulacji. Koncept reprezentacji kodu i danych jednocześnie pochodzi z pierwszych matematycznych idei, gdzie znamy funkcje i zbiory danych w jednym spójnym miejscu. W LISP posunięto się nieco dalej: kod wygląda jak struktura danych i dane mogą być kodem – niesamowite połączenie!

Podstawowa struktura: S-wyrażenia składają się z nawiasów okrągłych () oraz elementów, które są umieszczone wewnątrz tych nawiasów. Te elementy mogą być liczbami, zmiennymi, operatorami lub nawet innymi S-wyrażeniami.

Przykład prostego S-wyrażenia, które reprezentuje dodawanie dwóch liczb:

(+ 2 3)

W tym przypadku + to operator dodawania, a 2 i 3 to argumenty.

Rekurencyjność

Rekurencja – LISP jest znany ze swojego wsparcia dla rekurencji, co czyni go idealnym do rozwiązywania problemów, które można podzielić na mniejsze, identyczne podproblemy.

S-wyrażenia mogą zawierać inne S-wyrażenia, co pozwala na tworzenie złożonych struktur. Na przykład:

(+ (* 2 3) (- 5 1))

W powyższym przykładzie najpierw mnożymy 2 przez 3 (co daje 6), następnie odejmujemy 1 od 5 (co daje 4), a na końcu dodajemy wyniki 6 i 4.

Definiowanie funkcji

S-wyrażenia są również używane do definiowania funkcji. Na przykład, poniżej definiujemy funkcję kwadrat, która zwraca kwadrat liczby:

(defun kwadrat (x)
  (* x x))

W tym przypadku defun to polecenie definiujące funkcję, kwadrat to nazwa funkcji, a (x) to lista argumentów. Ciało funkcji to S-wyrażenie (* x x), które mnoży x przez x.

Wspólne S-wyrażenia

• Lista: (1 2 3 4 5) to lista liczb.

• Przypisanie zmiennej: (setq x 10) przypisuje wartość 10 do zmiennej x.

• Warunki: (if (> x 5) (print "x jest większe niż 5") (print "x jest mniejsze lub równe 5")).

Garbage Collection

Automatyczne zarządzanie pamięcią jest integralną częścią języka LISP.

Dynamic Typing

Typowanie dynamiczne pozwala na elastyczność w definiowaniu i manipulacji danymi.

Przykład zastosowania języka programowania LISP

Wyobraź sobie, że chcesz napisać prosty program, który oblicza sumę liczb w liście.

Możesz to zrobić za pomocą S-wyrażeń w LISP:

(defun suma-listy (lista)
  (if (null lista)
      0
      (+ (car lista) (suma-listy (cdr lista)))))

W tym przykładzie:

• defun definiuje funkcję suma-listy, która przyjmuje jeden argument lista.
• if sprawdza, czy lista jest pusta (null). Jeśli tak, zwraca 0.
• Jeśli lista nie jest pusta, funkcja dodaje pierwszy element listy (car lista) do wyniku rekurencyjnego wywołania funkcji suma-listy na reszcie listy (cdr lista).

Dzięki swojej prostocie i elastyczności, S-wyrażenia w LISP pozwalają na łatwe tworzenie i manipulowanie kodem oraz danymi, co czyni ten język potężnym narzędziem w rękach programistów.

Przykłady pakietów i narzędzi w Linux wspierających LISP

1. GNU CLISP:
   • Opis:
     • CLISP jest implementacją Common Lisp, która jest w pełni zgodna ze specyfikacją ANSI.
   • Instalacja (przykład z Debian/Ubuntu Linux):
     • $ sudo apt-get install clisp
   • Przykład kodu:
     • (print "Hello, World!")
2. SBCL (Steel Bank Common Lisp):
   • Opis:
     • SBCL jest wydajnym kompilatorem Common Lisp, znanym ze swojej szybkości i zgodności.
   • Instalacja (przykład z Debian/Ubuntu Linux):
     • $ sudo apt-get install sbcl
   • Przykład kodu:
     • (defun factorial (n) (if (<= n 1) 1 (* n (factorial (- n 1)))))
3. ECL (Embeddable Common Lisp):
   • Opis:
     • ECL to implementacja Common Lisp, która może być łatwo zintegrowana z innymi językami.
   • Instalacja (przykład z Debian/Ubuntu Linux):
     • sudo apt-get install ecl
   • Przykład kodu:
     • (print "Hello from ECL!")
4. CMUCL (CMU Common Lisp):
   • Opis:
     • CMUCL jest bardzo wydajnym kompilatorem Common Lisp.
   • Instalacja (przykład z Debian/Ubuntu Linux):
     • sudo apt-get install cmucl
   • Przykład kodu:
     • (format t "Hello from CMUCL!")
5. ABCL (Armed Bear Common Lisp):
   • Opis:
     • ABCL to implementacja Common Lisp napisana w języku Java.
   • Instalacja (przykład z Debian/Ubuntu Linux):
     • sudo apt-get install abcl
   • Przykład kodu:
     • (print "Hello from ABCL!")

Porównanie LISP z Scheme i Racket

Scheme

Scheme to jedna z odmian LISP, która kładzie nacisk na prostotę i minimalistyczny design. Główne cechy Scheme to:

• Minimalistyczna składnia:
  • Scheme stara się być jak najprostszym językiem.
• Kontrola nad sterowaniem:
  • Scheme ma potężne mechanizmy sterowania, takie jak continuations.
• Liczne implementacje:
  • Istnieje wiele implementacji Scheme, takich jak Racket, MIT Scheme i Chicken Scheme.

Przykłady kodu w języku Scheme:

(define (factorial n)
  (if (<= n 1)
      1
      (* n (factorial (- n 1)))))

Racket

Racket, znany wcześniej jako PLT Scheme, to zaawansowany dialekt Scheme zaprojektowany z myślą o edukacji i tworzeniu nowoczesnych aplikacji:

• Rozszerzalność:
  • Umożliwia łatwe definiowanie nowych języków programowania i rozszerzeń.
• Modułowość:
  • Racket ma silne wsparcie dla modułowości i budowania dużych aplikacji.
• Bogata biblioteka:
  • Racket zawiera obszerną bibliotekę wbudowanych funkcji i narzędzi.

Przykłady kodu w języku Racket:

#lang racket
(define (factorial n)
  (if (<= n 1)
      1
      (* n (factorial (- n 1)))))

Taka ciekawostka, Racket posiada swoje IDE o nazwie DrRacket z bardzo intuicyjnym podpowiadaniem zależności w kodzie programu w stylu LISP. Oto jak to wygląda:

Clojure

Clojure to jeden z nowszych dialektów LISP, który zyskał dużą popularność, zwłaszcza w kręgach programistów zajmujących się programowaniem funkcyjnym i wielowątkowym. Stworzony przez Rich Hickey w 2007 roku, Clojure jest dynamicznie typowanym językiem programowania, który działa na maszynie wirtualnej Java (JVM).

Oto kilka kluczowych cech i zalet Clojure:

1. Interoperacyjność z JVM:
   • Clojure został zaprojektowany do pracy na JVM, co oznacza, że można go łatwo integrować z istniejącymi bibliotekami i narzędziami napisanymi w Java. To otwiera szerokie możliwości dla programistów, którzy mogą korzystać z ogromnego ekosystemu Java w swoich projektach Clojure.
2. Programowanie funkcyjne:
   • Clojure jest językiem funkcyjnym, co oznacza, że kładzie duży nacisk na funkcje jako podstawowe jednostki budujące programy. Posiada wiele wbudowanych funkcji wyższego rzędu, takich jak map, reduce i filter, które ułatwiają przetwarzanie danych w sposób deklaratywny.
3. Niezmienność danych:
   • Jednym z głównych założeń Clojure jest niezmienność struktur danych. Oznacza to, że raz utworzona struktura danych nie może być zmieniona. Zamiast tego, operacje na danych tworzą nowe struktury. To podejście ułatwia zarządzanie stanem aplikacji i jest szczególnie przydatne w programowaniu wielowątkowym.
4. Makra i metaprogramowanie:
   • Podobnie jak inne dialekty LISP, Clojure obsługuje makra, które umożliwiają metaprogramowanie i tworzenie nowych konstrukcji językowych. Dzięki temu programiści mogą rozszerzać możliwości języka w sposób, który jest trudny do osiągnięcia w innych językach.
5. Ekosystem i biblioteki:
   • Clojure posiada rozwinięty ekosystem i wiele bibliotek, które wspierają różnorodne zastosowania, takie jak web development (np. framework Ring), przetwarzanie danych (np. Apache Storm), czy wielowątkowość (np. core.async).

Przykład kodu w języku Clojure

(defn suma-listy [lista]
  (reduce + lista))

(println (suma-listy [1 2 3 4 5])) ; Output: 15

Powyższy kod używa składni reduce z Clojure do wykonania sumowania na liście liczb.

Porównanie Clojure z innymi dialektami LISP

Common Lisp vs. Clojure

• Interoperacyjność:
  • Common Lisp jest bardziej autonomiczny, natomiast Clojure jest silnie zintegrowany z JVM.
• Struktury danych:
  • Common Lisp pozwala na zmienne struktury danych, podczas gdy Clojure stawia na niezmienność.
• Biblioteki i narzędzia:
  • Common Lisp ma dłuższą historię i bogatszy zbiór narzędzi do różnych zastosowań, ale Clojure szybko nadrabia te braki dzięki interoperacyjności z ekosystemem Java.

Scheme vs. Clojure

• Minimalizm:
  • Scheme jest bardzo prosty i minimalistyczny w porównaniu do Clojure, który oferuje więcej wbudowanych funkcji i narzędzi.
• Ekosystem:
  • Scheme ma mniejszy ekosystem w porównaniu do Clojure, który korzysta z zasobów JVM.

Dlaczego LISP jest wiecznie żywy w Linux?

• Elastyczność:
  • Dzięki możliwości dynamicznego definiowania i manipulowania kodem, LISP jest doskonałym narzędziem do prototypowania i eksperymentowania.
• Potęga wyrażeń S:
  • S-wyrażenia w LISP pozwalają na łatwą manipulację kodem, co jest niezwykle przydatne w zastosowaniach takich jak programowanie genetyczne czy analiza kodu źródłowego.
• Wspieranie przez społeczność:
  • Istnieje wiele aktywnych społeczności i forów poświęconych LISP, co sprawia, że nauka i rozwijanie się w tym języku jest dostępne dla każdego.
• Integracja z systemem:
  • LISP może być łatwo zintegrowany z innymi językami i systemami, co czyni go uniwersalnym narzędziem w ekosystemie Linuksa.

Podsumowanie

LISP to język programowania, który, pomimo swojej długiej historii, pozostaje niezwykle użyteczny i wszechstronny. Jego unikalne cechy, takie jak S-wyrażenia, rekurencja i dynamiczne typowanie, sprawiają, że jest on idealnym narzędziem do wielu zaawansowanych zadań. Dzięki różnorodnym implementacjom i wsparciu w systemach Linux, LISP nadal ma wiele do zaoferowania programistom na całym świecie.

Mam nadzieję, że ten artykuł pomógł Ci zrozumieć, dlaczego LISP jest wiecznie żywy i jak można go wykorzystać w środowisku Linux. Stabilnego kodowania w LISP!