Symbolické výrazy a jejich vyhodnocování v jazyce Common Lisp

Symbolický výraz

• Jde o jednoduchý výraz (atom) nebo složený výraz (seznam)

Jednoduchý výraz (atom)

• Jde o číslo (10, -5, 4.9999D0) nebo symbol (posloupnost písmen/čísel/znaků) nebo literál

Složený výraz (seznam)

• Posloupnost jednoho nebo více výrazů (prvky složeného výrazu), které jsou odděleny mezerami
• (+ 1 2), (+). (1 2 3)
• 

Terminologie složeného výrazu

Operátor … co se má udělat Operandy … s čím se to má udělat

• Lisp důsledně používá prefixovou notaci

Vyhodnocení symbolických výrazů v Lispu

• Když symbolický výraz napíšeme do Listeneru a dostaname výsledek tak mu říkáme hodnota symbolického výrazu
  • $\frac{1}{4}$ je hodnotou symbolického výrazu `(/ (- 5 3) (+ 5 3))
• Přesně popsanému procesu, který vede v této hodnotě říkáme vyhodnocovací proces

Vyhodnocovací proces

Vyhodnocení výrazu $E$

1. Je-li $E$ symbol, výsledkem je hodnota symbolu $E$
2. Je-li $E$ jiný atom než symbol, výsledkem je $E$
3. Je-li $E$ seznam s operátorem $o$ a operandy $a_1,...,a_n$, pak

• jestliže $o$ je speciální operátor, vyhodnotí se podle jeho pravidel
• jestliže $o$ je název makra, $E$ se expanduje podle pravidel makra a výsledný výraz se vyhodnotí v prostředí $env$
• jinak $o$ musí být symbol → se zjistí hodnota $f$ funkční vazby symbolu $o$ v prostředí $env$
• zjistí se hodnoty $v_1,...,v_n$ argumentů $a_1,...,a_n$ v prostředí $env$ (opět vyhodnocovací proces)
• výsledkem je výsledek aplikace funkce $f$ na hodnoty $v_1,...,v_n$ (aplikace může mít vedlejší efekt)

• Symbol může sloužit jako jméno pro hodnotu (např. pi pro $\mathrm{3.14159...}$) a říkáme mu proměnná
  • Říkáme, že symbol je na hodnotu navázán
  • Hodnota se vždy hledá v aktuálním prostředí, při neúspěchu se postupuje o úrovně výš

Funkce v Lispu

• Ucelená část programu obsahující výpočet
• Hodnoty použité při aplikaci funkce jsou argumenty
• Aplikace funkce = spuštění kódu
• Používáme jako abstrakci (vyšší srozumitelnost, snadnější změny, snížení chybovosti, …)
• Funkce si pamatuje prostředí svého vzniku a tím pádem ji můžeme nazvat lexikální uzávěr (kromě toho i seznam parametrů a tělo)
• Funkce bez názvu … anonymní funkce (operátor lambda)

lambda výraz ( $\lambda$-výraz)

Predikát

• Funkce, která jako výsledek vrací jednu z pravdivostních hodnot (t nebo nil)

Speciální operátory

• Operátor pro který neplatí standardní (zjednodušený) vyhodnocovací proces a mají svůj vlastní
• Např. if, setf

Prostředí a vazby

• Symbol může mít více vazeb (jedna je vždy aktuální)
• Máme 2 typy vazeb
  1. hodnotová
  2. funkční
• Každá vazba má hodnotu (hodnota symbolu = hodnota aktuální vazby)
• 
• Vazby jsou organizovány v prostředí (znázornění pomocí tabulky)
  • 

Operátor let

• Slouží k explicitnímu vytvoření nového prostředí.

• Operátor labels vytváří prostředí s funkčními vazbami symbolů

Datová struktura

Zajišťuje nám datovou abstrakci. Pracujeme s ní pomocí: konsturktorů, selektorů, mutátorů. Mutátory nejsou přípustné ve funkcionálním programování.

Vedlejší efekt

Může nastat při vyhodnocení výrazu, pokud kromě vrácení hodnoty výrazu je způsobena ještě nějaká vnější změna.

interní vedlejší efekt … např. mutace hodnoty v datové struktuře externí vedlejší efekt … není možné zpětně programem zjistit (např. tiskový výstup)

• literál … textový řetězec zadaný přímo ve zdrojovém kódu