LISP 中的循环构造

在 LISP 中，由于其函数式编程的特性，没有像其他语言中的 for 或 while 循环这样的语句。LISP 中的循环构造均通过将函数嵌套调用来实现。

loop

loop 是 LISP 中最基本的循环构造，可用于实现各种循环。其基本格式如下：

(loop
  [initialization]
  [termination]
  [increment]
  body)

其中：

• initialization：初始化表达式，用于对循环变量进行初始化，可省略。
• termination：终止表达式，用于定义循环的终止条件。每次循环前都会计算该表达式，并检查其是否为真，若为真则继续循环，否则退出循环。
• increment：增量表达式，用于定义循环变量的变化方式。每次循环末都会计算该表达式，并将其结果赋值给循环变量。
• body：循环体，包含循环中需要执行的语句。可以是一个或多个表达式，最后一个表达式的返回值就是整个循环的返回值。

下面是一个简单的例子，用 loop 计算 $1+2+3+...+10$：

(let ((sum 0))
  (loop for i from 1 to 10 do
        (incf sum i))
  sum)

其中，for i from 1 to 10 定义了循环变量 i 的取值范围为 1 到 10（包括边界值），do 后面跟着需要执行的语句。

do

do 是 LISP 中更加灵活的循环构造，可以支持多个循环变量，以及循环变量的不同取值方式。其基本格式如下：

(do ((var1 init1 step1)
     (var2 init2 step2)
     ...
     (varn initn stepn))
     (termination)
   body)

其中：

• var1、var2、...、varn：循环变量，可以有一个或多个，用括号括起来，中间用空格隔开。
• init1、init2、...、initn：循环变量的初始化表达式，用于对循环变量进行初始化。
• step1、step2、...、stepn：循环变量的增量表达式，用于定义循环变量的变化方式。
• termination：循环终止条件，与 loop 中的终止表达式类似，用于定义循环何时结束。
• body：循环体，包含循环中需要执行的语句。

下面是一个计算 $1^2+2^2+3^2+...+n^2$ 的例子：

(defun sum-of-squares (n)
  (do ((i 1 (1+ i))
       (sum 0 (+ sum (* i i))))
      ((> i n) sum)))

其中，(1+ i) 表示对 i 做自增操作，(> i n) 表示当 i 大于 n 时循环结束，(+ sum (* i i)) 表示将 i^2 加到 sum 中。

mapcar

除了 loop 和 do，LISP 还提供了许多其他的循环构造。其中，mapcar 是一个常用的高阶函数，可以用于将一个函数作用于列表的每个元素上，并返回结果列表。其基本格式如下：

(mapcar #'function sequence)

其中：

• function：需要作用于列表中每个元素的函数。
• sequence：需要操作的列表。可以是一个普通列表，也可以是向量等序列容器。

下面是一个将列表中所有元素平方的例子：

(mapcar #'(lambda (x) (* x x)) '(1 2 3 4 5))

其中，#' 表示将指定的符号转换成对应的函数，(lambda (x) (* x x)) 是一个匿名函数，用来计算平方，'(1 2 3 4 5) 是一个包含 5 个元素的列表。

迭代器

LISP 常用的循环构造还包括 do*、dolist、dotimes 等。其中，do* 与 do 的区别是，do* 中定义的变量会被互相影响，前一个变量的值会影响后一个变量的初始化表达式；dolist 用于对列表中的每个元素做相同的操作；dotimes 用于对整数进行迭代。

此外，LISP 还提供了一些类似于迭代器的函数，可以用于对序列进行遍历或过滤。比如，map、reduce、filter 等函数都是常用的序列操作函数。

总结

虽然 LISP 中没有像其他语言中的 for 或 while 循环语句，但是它仍然提供了许多强大的循环构造和序列操作函数，可以满足各种循环和迭代的需求。对于习惯了传统编程模型的程序员来说，可能会觉得 LISP 中的循环语法有些不直观，但是一旦适应了函数式编程的思维方式，就会发现 LISP 的循环构造也同样灵活和方便。