Scheme
Scheme [skiːm] — функциональный язык программирования, один из трёх наиболее популярных диалектов Лиспа (наряду с Common Lisp и Clojure). Создан в середине 1970-х годов исследователями Массачусетского технологического института Гаем Стилом (англ. Guy L. Steele) и Джеральдом Сассменом (англ. Gerald Jay Sussman).
Scheme | |
---|---|
Семантика | функциональный |
Класс языка | язык программирования, мультипарадигмальный, язык функционального программирования, процедурный язык программирования и язык метапрограммирования[вд] |
Тип исполнения | интерпретатор или компилятор |
Появился в | 1975 |
Автор | Гай Стил и Джеральд Сассмен |
Расширение файлов |
.scm, .ss |
Выпуск | |
Система типов | строгая, динамическая |
Основные реализации | PLT Scheme, MIT Scheme, Scheme48, Guile, JScheme |
Диалекты | T[англ.] |
Испытал влияние | Lisp, ALGOL |
Повлиял на | Common Lisp, JavaScript, R, Ruby, Dylan, Lua, Hop[англ.], Racket |
Сайт | scheme-reports.org (англ.) |
Медиафайлы на Викискладе |
Обладает минималистичным дизайном, содержит минимум примитивных конструкций и позволяет выразить всё необходимое путём надстройки над ними. Например, использует всего два механизма организации циклов — хвостовую рекурсию и итеративный подход (в котором используются временные переменные для сохранения промежуточного результата).
Язык начинался с попытки реализовать модель акторов Карла Хьюитта, для чего Стил и Сассман написали «крошечный интерпретатор Лиспа», а затем «добавили механизм создания акторов и посылки сообщений». Scheme стал первым диалектом Лиспа, применяющим исключительно статические (а не динамические) области видимости переменных, что гарантировало оптимизацию хвостовой рекурсии и обеспечило поддержку булевского типа (#t
и #f
вместо традиционных T
и NIL
). Также стал одним из первых языков с поддержкой продолжений. Начиная со спецификации R⁵RS, язык приобрёл средство для записи макросов на основе шаблонов синтаксического преобразования с «соблюдением гигиены» (англ. hygienic macro). Предусматривается «сборка мусора» (автоматическое освобождение памяти от неиспользуемых более объектов).
В качестве базовых структур данных язык использует списки и одномерные массивы («векторы»). В соответствии с декларируемым минимализмом, (пока) нет стандартного синтаксиса для поддержки структур с именованными полями, а также средств ООП — все это может быть реализовано программистом по его предпочтению, хотя большинство реализаций языка предлагают готовые механизмы.
Первоначальное название языка — Schemer, было изменено из-за ограничения на длину имён файлов в ITS[англ.]; (англ. schemer — «авантюрист», «комбинатор»; видимо, намёк на другие лиспообразные языки, вышедшие из MIT — Planner (в одном из значений — «прожектёр») и Conniver («потворщик»)). Значительный вклад в популяризацию языка внесла книга Абельсона и Сассмана «Структура и интерпретация компьютерных программ», длительное время использовавшаяся как базовый учебник программирования в Массачусетском технологическом институте.
Примеры
правитьПростые математические операции:
(+ 2 (* 2 2))
> 6
(+ 1 2 3 4)
> 10
Вызов каждой операции (или функции) представляется списком, в котором символ операции (который, в сущности, является именем функции) всегда занимает начальную позицию.
Предикаты типа:
(number? 5)
(number? "foo")
(string? "foo")
По соглашению, имена всех предикатов заканчиваются символом ?
.
Проверки на равенство:
(equal? "foo" "bar")
(eqv? 5 (+ 2 3))
(eq? 'a 'A)
Определение макросов для традиционных операций push и pop:
(define-syntax push!
(syntax-rules ()
((push! x l)
(set! l (cons x l)))))
(define-syntax pop!
(syntax-rules ()
((pop! l)
(let ((x (car l)))
(set! l (cdr l))
x))))
Определение функций:
;; факториал в (неэффективном) рекурсивном стиле
(define (fact x)
(if (< x 2)
1
(* (fact (- x 1)) x)))
;; функция Фибоначчи — требует параллельной рекурсии
(define (fib n)
(cond ((= n 0) 0)
((= n 1) 1)
(else (+ (fib (- n 1))
(fib (- n 2))))))
;; сумма элементов списка в характерном для Scheme стиле
;; (вспомогательная функция loop выражает цикл с помощью
;; хвостовой рекурсии и переменной-аккумулятора)
(define (sum-list x)
(let loop ((x x) (n 0))
(if (null? x)
n
(loop (cdr x) (+ (car x) n)))))
(fact 14)
(fib 10)
(sum-list '(6 8 100))
(sum-list (map fib '(1 2 3 4)))
Определение функции должно соответствовать следующему прототипу:
(define имя-функции (lambda (аргументы) (реализация-функции)))
хотя на практике чаще используют сокращённую форму:
(define (имя-функции аргументы) (реализация-функции))
Ввод-вывод
правитьДля ввода и вывода в Scheme используется тип «порт» (port
, R5RS sec 6.6)[2]. R5RS определяет два стандартных порта, доступные как current-input-port
и current-output-port
, отвечающие стандартным потокам ввода-вывода Unix. Большинство реализаций также предоставляют current-error-port
. Перенаправление ввода-вывода поддерживается в стандарте с помощью процедур with-input-from-file
и with-output-to-file
. У реализаций также имеются строковые порты, с помощью которых многие операции ввода-вывода могут выполняться со строковым буфером вместо файла, используя процедуры из SRFI 6[3]. Стандарт R6RS определяет более сложные процедуры для работы с портами и много новых типов портов.
Следующие примеры написаны на R5RS Scheme.
(write (+ (read) (read)))
Вывод в порт по умолчанию (current-output-port):
(let ((hello0 (lambda() (display "Hello world") (newline))))
(hello0))
Передача порта в качестве аргумента:
(let ((hello1 (lambda (p) (display "Hello world" p) (newline p))))
(hello1 (current-output-port)))
Перенаправление вывода в файл:
(let ((hello0 (lambda () (display "Hello world") (newline))))
(with-output-to-file "outputfile" hello0))
Явное открытие файла и закрытие порта:
(let ((hello1 (lambda (p) (display "Hello world" p) (newline p)))
(output-port (open-output-file "outputfile")))
(hello1 output-port)
(close-output-port output-port)
)
call-with-output-file:
(let ((hello1 (lambda (p) (display "Hello world" p) (newline p))))
(call-with-output-file "outputfile" hello1))
Подобные процедуры есть и для ввода. R5RS Scheme предоставляет предикаты input-port?
и output-port?
. Для символьного ввода и вывода существуют write-char
, read-char
, peek-char
и char-ready?
. Для чтения и записи выражений Scheme используются процедуры read
и write
. Если порт достиг конца файла при операции чтения, возвращается eof-объект, который может быть распознан предикатом eof-object?
.
SRFI
правитьИз-за минимализма языка многие общие процедуры и синтаксические формы не определены в стандарте. Для того, чтобы сохранить ядро языка малым и способствовать стандартизации расширений, в сообществе Scheme принят процесс «Scheme Request for Implementation» (запрос на реализацию), с помощью которого предлагаемые расширения проходят тщательное обсуждение. Это способствует переносимости кода. Многие SRFI поддерживаются всеми или большинством реализаций Scheme.
Достаточно широко поддерживаются реализациями следующие SRFI[4]:
- 0: проверка наличия расширений с помощью
cond-expand
- 1: библиотека для списков
- 4: гомогенные числовые векторы
- 6: строковые порты
- 8:
receive
: привязка к нескольким значениям - 9: record типы
- 13: библиотека для строк
- 14: библиотека наборов символов
- 16: синтаксис для процедур переменной арности
- 17: обобщенный
set!
- 18: поддержка многопоточности
- 19: типы данных и процедуры работы со временем
- 25: многомерные массивы
- 26: нотация для фиксации аргументов процедуры без каррирования
- 27: источники случайных битов
- 28: базовое форматирование строк
- 29: локализация
- 30: вложенные многострочные комментарии
- 31: специальная форма рекурсивного выполнения
- 37:
args-fold
: процессор аргументов программы - 39: parameter objects
- 41: потоки данных
- 42: eager comprehensions
- 43: библиотека векторов
- 45: примитивы для выражения ленивых итерационных алгоритмов
- 60: битовые операции
- 61: более общий
cond
- 66: векторы октетов
- 67: процедуры сравнения
Основные реализации
правитьGNU Guile — язык расширений проекта GNU — интерпретатор Scheme, реализованный как библиотека, позволяющая приложениям создавать внутренний интерпретатор Scheme.
Язык Racket изначально являлся реализацией Scheme (первое наименование — PLT Scheme).
MIT Scheme — свободная (GPL) реализация для платформы x86 под Linux, FreeBSD, IBM OS/2, и Win32.
Chicken Scheme[англ.] — интерпретатор, поддерживающий трансляцию в Си.
JScheme — интерпретатор, написанный на Java;
Kawa — компилятор Scheme в байт-код JVM.
Компилятор Chez Scheme длительное время поставлялся как коммерческий продукт, с 2016 года стал свободно распространяемым (Apache).
Всего существует большое количество реализаций языка для разных платформ, в частности, есть интерпретатор Armpit Scheme для микроконтроллеров на базе архитектуры ARM[5].
Примечания
править- ↑ https://small.r7rs.org/
- ↑ Richard Kelsey; William Clinger; Jonathan Rees; Rozas, G.J.; Adams Iv, N.I.; Friedman, D.P.; Kohlbecker, E.; Steele Jr., G.L.; Bartley, D.H. Revised5 Report on the Algorithmic Language Scheme (англ.) // Higher-Order and Symbolic Computation : journal. — 1998. — August (vol. 11, no. 1). — P. 7—105. — doi:10.1023/A:1010051815785. Архивировано 5 января 2007 года.
- ↑ William D Clinger. SRFI 6: Basic String Ports . The SRFI Editors, schemers.org (1 июля 1999). Дата обращения: 9 августа 2012. Архивировано 21 октября 2021 года.
- ↑ Scheme Systems Supporting SRFIs . The SRFI Editors, schemers.org (30 августа 2009). Дата обращения: 9 августа 2012. Архивировано 20 июня 2021 года.
- ↑ A Scheme Interpreter for ARM Microcontrollers . Дата обращения: 30 декабря 2014. Архивировано 30 декабря 2014 года.
Литература
править- Structure and Interpretation of Computer Programs (англ.)
- Видео-лекции «Structure and Interpretation of Computer Programs», Harold Abelson и Gerald Jay Sussman (англ.)
- The Scheme Programming Language, R. Kent Dybvig (англ.)
- Учебник HtDP (How to Design Programs, Second Edition)
Ссылки
править- A large collection of Scheme resources. Большая коллекция ресурсов по Scheme.
- Сообщество schemewiki.org
Для улучшения этой статьи по информационным технологиям желательно:
|
В другом языковом разделе есть более полная статья Scheme (англ.). |