Lisp（プログラミング言語）

リスプ

パラダイム	マルチパラダイム：機能的、手続き的、反射的、メタ
デザイン：	ジョン・マッカーシー
開発者	スティーブ・ラッセル、ティモシー・P・ハート、マイク・レビン
初登場	1960年; 64年前 （1960年）
タイピングの規律	ダイナミック、力強い
方言
アーク オートLISP クロージュア コモンリスプ エマックスリスプ ユーリスプ フランツ・リスプ ゴール ハイ インターリスプ 言語 ルリスプ 低周波 マックリスプ MDLL 新しいLISP ゼロ ピコリスク ポータブル標準 Lisp ラケット ルポル スキーム スキル スパイスリスプ T ゼタリスプ
影響を受けた
情報処理言語(IPL)
影響を受けた
クリップ CLUB カウセル ディラン エリクサー エクセル 4番目 ハスケル イオ イオケ JavaScript ジュリア[1] ロゴ ルア ML ニム ニュー OPS5 パール POP-2 / 11 パイソン R レボル 赤 ルビー スカラ 迅速 雑談 Tcl ウルフラム言語[2]

Lisp（歴史的にはLISP、「リスト処理」の略称）は、長い歴史と独特の完全に括弧で囲まれた接頭辞表記法を持つプログラミング言語のファミリーです。^{[3] 1950年代後半に最初に仕様が定められたLispは、} Fortranに次いで現在でも一般的に使用されている 2番目に古い高級プログラミング言語です。^{[4] [5]} Lispは初期の頃から変化しており、その歴史の中で多くの方言が存在してきました。今日、最もよく知られている汎用Lispの方言は、Common Lisp、Scheme、Racket、およびClojureです。^{[6] [7] [8]}

Lispはもともと、コンピュータプログラム用の実用的な数学表記法として作成され、アロンゾ・チャーチのラムダ計算の表記法に影響を受けていましたが（もともとこの表記法から派生したわけではありません）、すぐに人工知能（AI）研究用のプログラミング言語として好まれました。 ^[10]最も初期のプログラミング言語の1つであるLispは、ツリーデータ構造、自動ストレージ管理、動的型付け、条件文、高階関数、再帰、セルフホスティングコンパイラ、^[11]および読み取り-評価-印刷ループなど、コンピュータサイエンスにおける多くのアイデアの先駆者でした。^[12]

LISPという名前は「LISt Processor」に由来しています。^[13] リンクリストはLispの主要なデータ構造の1つであり、Lispのソースコードはリストで構成されています。したがって、Lispプログラムはソースコードをデータ構造として操作することができ、プログラマーがLispに埋め込まれた新しい構文や新しいドメイン固有言語を作成できるようにするマクロシステムを生み出しました。

コードとデータの互換性により、Lisp の構文はすぐに認識できます。すべてのプログラム コードは、S 式、つまり括弧で囲まれたリストとして記述されます。関数呼び出しまたは構文形式は、関数または演算子の名前を先頭に、引数が続くリストとして記述されます。たとえば、f3 つの引数を取る関数は と呼ばれます。 (f arg1 arg2 arg3)

ジョン・マッカーシーは1958年、マサチューセッツ工科大学（MIT）在学中にLispの開発を始めた。マッカーシーは1960年4月にCommunications of the ACM誌^{に「記号式の再帰関数と機械による計算、パートI」と題する論文でLispの設計を発表した。 [14]}彼は、いくつかの単純な演算子とチャーチから借りた匿名関数の表記法で、アルゴリズム用のチューリング完全な言語を構築できることを示した。

情報処理言語は1955 年か 1956 年に登場した最初のAI言語であり、Lisp で使用されるようになったリスト処理や再帰などの多くの概念がすでに含まれていました。

McCarthyのオリジナルの表記法では、括弧で囲まれた「M式」が使用され、これはS式に変換されます。たとえば、M式はcar[cons[A,B]]S式と同等です。Lispが実装されると、プログラマーはすぐにS式を使用するようになり、M式は放棄されました。M式は、 Horace EneaによるMLisp ^[15]とVaughan PrattによるCGOLの短命な試みで再び登場しました。 (car (cons A B))

Lispは、最初にスティーブ・ラッセルによってIBM 704コンピュータ上でパンチカードを使用して実装されました。^[16]ラッセルはマッカーシーの論文を読んで、（マッカーシーが驚いたことに）Lispのeval関数がマシンコードで実装できることに気付きました。

マッカーシーによれば^[17]

スティーブ・ラッセルは、このevalをプログラムしてみないか 、と言いました。私は、理論と実践を混同している、このeval は読むためのもので、計算するためのものではない、と言いました。しかし、彼はそれを実行しました。つまり、私の論文のevalをIBM 704マシン コードにコンパイルし、バグを修正して、これを Lisp インタープリタとして宣伝したのです。確かに、それは Lisp インタープリタでした。つまり、その時点で Lisp は基本的に今日の形になっていました...

その結果、Lisp プログラムを実行するために、より正確には「Lisp 式を評価する」ために使用できる 実用的な Lispインタープリタが完成しました。

IBM 704の2 つのアセンブリ言語マクロは、リストを分解するための基本的な操作になりました。car (レジスタ番号のアドレス部分の内容) とcdr (レジスタ番号のデクリメント部分の内容) です。[ ^18]ここで、「レジスタ」はコンピューターの中央処理装置(CPU) のレジスタを指します。Lisp 方言では、リストの最初の項目を返す操作とリストの残りの項目を返す操作に、それぞれ and ( / k ɑːr /と/ ˈ k ʊ d ər / ) が今でも使用されています。carcdr

Lispで書かれた最初の完全なLispコンパイラは、1962年にMITのTim HartとMike Levinによって実装され、既存のLISPインタープリタにコンパイラコードを解釈させるだけでコンパイルでき、インタープリタよりも40倍高速に実行できるマシンコード出力を生成しました。 ^{[19]このコンパイラは、コンパイルされた関数と解釈された関数を自由に混在させることができる}増分コンパイルのLispモデルを導入しました。HartとLevinのメモで使用されている言語は、McCarthyの初期のコードよりも現代のLispスタイルにかなり近いものです。

ガベージコレクションルーチンは、1962年以前にMITの大学院生ダニエル・エドワーズによって開発されました。^[20]

1980 年代から 1990 年代にかけて、新しい Lisp 方言 ( ZetaLispや NIL (New Implementation of Lisp)など、ほとんどがMaclispの後継) の作業を 1 つの言語に統合するための多大な努力が払われました。新しい言語であるCommon Lisp は、置き換えられた方言とある程度互換性がありました ( Common Lisp the Languageという書籍では、さまざまな構成要素の互換性について言及されています)。1994 年に、ANSI はCommon Lisp 標準「ANSI X3.226-1994 情報技術プログラミング言語 Common Lisp」を発行しました。

Lispは誕生以来、特にPDP-10 ^{[21]システム上で}人工知能研究コミュニティと密接に結びついていました。Lispは、有名なAIシステムSHRDLUで使用された言語Micro Plannerの実装として使用されました。1970年代にAI研究から商用派生が生まれると、既存のLispシステムのパフォーマンスが大きな問題になりました。これは、プログラマがLispの実装に関わるさまざまな技術や選択のパフォーマンスへの影響に精通する必要があったためです。^[22]

Lisp は 60 年の歴史の中で、S 式言語の核となるテーマに基づいて多くのバリエーションを生み出してきました。さらに、それぞれの方言には複数の実装が存在する場合があります。たとえば、Common Lispには 12 を超える実装があります。

方言間の違いは非常に顕著です。たとえば、Common Lisp ではdefun関数の名前に キーワードを使用しますが、Scheme では を使用しますdefine。^[23]ただし、標準化された方言内では、準拠した実装は同じコア言語をサポートしますが、拡張機能とライブラリが異なります。

• LISP 1 ^[24] – 最初の実装。
• LISP 1.5 ^{[25] – MITのマッカーシーらによって開発された、最初に広く配布されたバージョン。オリジナルの「LISP 1」インタープリタにいくつかの改良が加えられたためこの名前が付けられたが、計画されていた}LISP 2のような大幅な再構築は行われなかった。
• スタンフォードLISP 1.6 ^{[26] –}スタンフォードAIラボで開発され、TOPS-10オペレーティングシステムを実行するPDP-10システムに広く配布されたLISP 1.5の後継。MaclispとInterLispによって廃止された。
• Maclisp ^[27] – MITのProject MAC向けに開発されたMACLISPは、LISP 1.5の直接の後継です。PDP-10およびMulticsシステムで動作しました。MACLISPは後にMaclispと呼ばれるようになり、MacLispと呼ばれることも多いです。MACLISPの「MAC」は、AppleのMacintoshやMcCarthyとは無関係です。
• Interlisp ^[28] – TENEXオペレーティングシステムを実行するPDP-10システム用にBBNテクノロジーで開発され、後にInterLisp-DとしてXerox Lispマシン用の「西海岸」Lispとして採用されました。「InterLISP 65」と呼ばれる小さなバージョンがMOSテクノロジー6502ベースのAtari 8ビットコンピューター用に公開されました。MaclispとInterLispは強力な競争相手でした。
• Franz Lisp – もともとはカリフォルニア大学バークレー校のプロジェクトでしたが、後に Franz Inc. によって開発されました。この名前は、「Franz Liszt」という名前をユーモラスに変形したもので、近年 Franz Inc. によって販売されている Common Lisp の方言であるAllegro Common Lispを指すものではありません。
• AutoLISPのベースとなったXLISP。
• Standard Lisp とPortable Standard Lisp は、特に Computer Algebra System REDUCE で広く使用され、移植されました。
• ZetaLisp はLisp Machine Lisp とも呼ばれ、Lisp マシンで使用され、Maclisp の直接の後継です。ZetaLisp は Common Lisp に大きな影響を与えました。
• LeLispはフランス語のLisp方言です。最初のインターフェースビルダーの1つ（SOSインターフェース^[29]と呼ばれる）はLeLispで書かれました。
• スキーム（1975年）。^[30]
• Common Lisp (1984) は、Common Lisp the Languageで説明されているように、Maclisp の後継方言^[31]を作成するためのいくつかの異なる試み (ZetaLisp、Spice Lisp、NIL、およびS-1 Lisp )を統合したもので、Scheme 方言からも大きな影響を受けています。このバージョンの Common Lisp は、幅広いプラットフォームで利用でき、 ANSI Common Lisp (ANSI X3.226-1994) が発行されるまで、事実上の標準^[32]として多くの人に受け入れられていました。Common Lisp の最も普及しているサブ方言には、Steel Bank Common Lisp (SBCL)、CMU Common Lisp (CMU-CL)、Clozure OpenMCL (Clojure と混同しないでください)、GNU CLisp、およびそれ以降のバージョンの Franz Lisp があり、これらはすべて、後の ANSI CL 標準に準拠しています (以下を参照)。
• Dylanの最初のバージョンは、Scheme と Common Lisp オブジェクト システムを組み合わせたものでした。
• EuLisp – 効率的でクリーンな新しい Lisp の開発を試みます。
• ISLISP – 効率的でクリーンな新しいLispを開発する試み。ISO/IEC 13816:1997 ^[33]として標準化され、後にISO/IEC 13816:2007 ^{[34]として改訂されました。} 情報技術 – プログラミング言語、その環境、およびシステムソフトウェアインターフェース – プログラミング言語ISLISP。
• IEEEスキーム– IEEE 標準、1178–1990 (R1995)。
• ANSI Common Lisp – Common LispのANSI標準。小委員会X3J13によって作成され、[ 35 ] Common Lisp: The Languageを基本文書として開始し、プログラムの移植性とCommon Lisp実装の互換性という共通の問題に対する解決策を見つけるために公的な合意形成プロセスを通じて作業することを目的として設立されました^。正式にはANSI標準ですが、 ANSI Common Lispの実装、販売、使用、影響は世界中で見られ、現在も見られています。
• ACL2または「A Computational Logic for Applicative Common Lisp」は、Common LISP の応用型 (副作用のない) バリアントです。ACL2 は、コンピュータ システムをモデル化できるプログラミング言語であると同時に、それらのモデルの特性を証明するのに役立つツールでもあります。
• Clojure は、 Java 仮想マシンにコンパイルされ、特に並行性に重点を置いたLisp の最近の方言です。
• Game Oriented Assembly Lisp (または GOAL) は、 Naughty DogのAndy Gavinが開発したビデオ ゲーム プログラミング言語です。Allegro Common Lisp を使用して記述され、 Naughty Dog が開発したJak and Daxter シリーズ全体のゲーム開発に使用されました。

1990 年代に多少衰退した後、 Lisp は 2000 年以降再び注目を集めています。新しい活動のほとんどは、Common Lisp、Scheme、Emacs Lisp、Clojure、Racketの実装に重点が置かれており、新しいポータブル ライブラリやアプリケーションの開発も含まれています。

多くの新しいLispプログラマーは、ポール・グラハムやエリック・S・レイモンドなどの作家に触発され、他の人が時代遅れだと思っていた言語を追求しました。新しいLispプログラマーは、この言語を目を見張るような経験と表現し、他の言語よりも大幅に生産性が高いと主張しています。^[36]この認識の高まりは、「AIの冬」と1990年代半ばのLispの一時的な人気上昇とは対照的です。^[37]

2010年現在^{[アップデート]}、活発にメンテナンスされているCommon Lisp実装は11個ありました。^[38]

オープンソースコミュニティは、新しい支援インフラを作成しました。CLikiはCommon Lisp関連の情報を収集するwikiです。Common Lispディレクトリにはリソースがリストされています。#lispは人気のIRCチャンネルで、コードスニペットの共有やコメントが可能です（Lispで書かれたIRCボットのlisppasteがサポートしています）。Planet Lisp ^[39]はさまざまなLisp関連のブログのコンテンツを集めています。LispForum ^[40]ではユーザーがLispの話題を議論しています。Lispjobs ^[41]は求人情報を告知するサービスで、Weekly Lisp Newsという週刊ニュースサービスがあります。Common -lisp.netはオープンソースのCommon Lispプロジェクトのホスティングサイトです。Quicklisp ^[42]はCommon Lispのライブラリマネージャーです。

Lispの50周年（1958-2008）はLISP50@OOPSLAで祝われました。^[43]ボストン、バンクーバー、ハンブルクでは定期的にローカルユーザーミーティングが開催されています。その他のイベントには、ヨーロッパ共通Lisp会議、ヨーロッパLispシンポジウム、国際Lisp会議などがあります。

Schemeコミュニティは、20を超える実装を積極的に保守しています。2000年代には、いくつかの重要な新しい実装（Chicken、Gambit、Gauche、Ikarus、Larceny、Ypsilon）が開発されました。Schemeの標準であるアルゴリズム言語Schemeに関する改訂第^{5版報告書[44]}は、Schemeコミュニティで広く受け入れられました。Schemeの実装要求プロセスにより、Schemeの準標準ライブラリと拡張機能が多数作成されました。個々のScheme実装のユーザーコミュニティは成長し続けています。新しい言語標準化プロセスは2003年に開始され、2007年にR ⁶ RS Scheme標準につながりました。コンピュータサイエンスの教育におけるSchemeの学術的使用は、やや減少しているようです。一部の大学では、コンピュータサイエンスの入門コースでSchemeを使用しなくなりました。^{[45] [46]} MITは現在、学部生のコンピュータサイエンスプログラムとMITx大規模公開オンラインコースでSchemeの代わりにPythonを使用しています。 ^{[47] [48]}

Lisp には、 Arc、Hy、Nu、 Liskell 、LFE (Lisp Flavored Erlang)など、いくつかの新しい方言があります。Juliaのパーサーは、 Schemeの方言である Femtolisp で実装されています(Julia は Scheme に触発されており、Scheme も Lisp の方言です)。

2019 年 10 月、Paul Graham 氏は「Lisp の新しい方言」である Bel の仕様をリリースしました。

Common LispとScheme は、 Lisp 開発の 2 つの主要な流れを表しています。これらの言語は、大きく異なる設計上の選択を体現しています。

Common LispはMaclispの後継です。主な影響を受けたのはLisp Machine Lisp、Maclisp、NIL、S-1 Lisp、Spice Lisp、Schemeです。^{[49] Lisp Machine Lisp（} Lispマシンをプログラムするために使用される大規模なLisp方言）の多くの機能を備えていますが、どのパーソナルコンピュータやワークステーションでも効率的に実装できるように設計されています。Common Lispは汎用プログラミング言語であるため、多くの組み込みデータ型、関数、マクロ、その他の言語要素、およびオブジェクトシステム（Common Lispオブジェクトシステム）を含む大規模な言語標準を持っています。Common Lispは、レキシカルスコープやレキシカルクロージャなどの特定の機能もSchemeから借用しています。 Common Lispの実装は、LLVM ^[50] 、 Java仮想マシン^[51]、 x86-64、PowerPC、Alpha、ARM、Motorola 68000、MIPS ^{[52] 、Windows、macOS、Linux、Solaris、FreeBSD、NetBSD、OpenBSD、Dragonfly BSD、Heroku [53]}などのさまざまなプラットフォームを対象として利用可能です。

Scheme は、 Guy L. Steele, Jr.とGerald Jay Sussmanによって発明された Lisp プログラミング言語の静的スコープ付きで適切な末尾再帰の方言です。非常に明快でシンプルなセマンティクスと、数種類の式の形成方法を持つように設計されています。Common Lisp より 10 年ほど前に設計されたScheme は、よりミニマリスト的な設計です。標準機能のセットははるかに少ないですが、Common Lisp では指定されていない特定の実装機能 (末尾呼び出し最適化や完全継続など) があります。命令型、関数型、メッセージ パッシング スタイルなど、さまざまなプログラミング パラダイムで、Scheme での表現が便利です。Scheme は、一連の標準 (アルゴリズム言語 Scheme の改訂版^レポート) と一連のScheme 実装要求とともに進化し続けています。

ClojureはLispの方言で、主にJava仮想マシン、共通言語ランタイム（CLR）、Python VM、Ruby VM YARV、JavaScriptへのコンパイルを対象としています。実用的な汎用言語となるよう設計されています。ClojureはHaskellから多大な影響を受けており、不変性を非常に重視しています。^{[54] ClojureはJavaフレームワークやライブラリへのアクセスを提供し、オプションの型ヒントと}型推論も提供しているため、Javaへの呼び出しでリフレクションを回避し、高速な基本操作が可能になります。Clojureは他のLisp方言との下位互換性を考慮して設計されていません。^[55]

さらに、Lisp方言は多くのアプリケーションでスクリプト言語として使われており、最もよく知られているのはEmacsエディタのEmacs Lisp、AutoCADのAutoLISPとその後のVisual Lisp、AudacityのNyquist 、LilyPondのSchemeである。Schemeインタープリタはサイズが小さくて便利なため、特に埋め込みスクリプトで人気がある。例としてSIODとTinySchemeがあり、どちらも「Script-fu」という一般名でGIMPイメージプロセッサにうまく組み込まれている。 ^{[56]もともと}Emacs Lisp言語をベースにしたJohn HarperによるLispインタープリタLIBREPは、Sawfishウィンドウマネージャに組み込まれている。^[57]

Lispには公式に標準化された方言があります：R6RS Scheme、R7RS Scheme、IEEE Scheme、^[58] ANSI Common Lisp、ISO ISLISP。

ポール・グラハムは、 LispがFortranのような既存の言語と異なる9つの重要な側面を特定している。^[59]

• 条件文はgotoに限定されない
• ファーストクラスの関数
• 再帰
• 変数をポインタとして一律に扱い、型は値に任せる
• ガベージコレクション
• 文を含まず式のみで構成されたプログラム
• シンボルデータ型は文字列データ型とは異なります
• 記号のツリーで構成されたコードの表記法（多くの括弧を使用）
• ロード時、コンパイル時、実行時に完全な言語が利用可能

Lisp は、プログラム コードの構造が標準データ構造に忠実かつ直接的に表現された最初の言語でした。この特性は、ずっと後に「同図像性」と呼ばれるようになりました。したがって、Lisp 関数は、低レベルの操作なしで Lisp プログラム内で操作、変更、または作成できます。これは、一般に、この言語の表現力に関する主な利点の 1 つと考えられており、この言語を構文マクロやメタ循環評価に適したものにしています。

if-then-else構文を使用した条件文は、 Fortranで書かれたチェスプログラムのためにMcCarthyによって発明されました。彼はそれをALGOLに組み込むことを提案しましたが、 Algol 58仕様の一部にはなりませんでした。Lispの場合、McCarthyはより一般的なcond構造を使用しました。^[60] Algol 60はif-then-elseを採用し、普及させました。

Lisp は、ゼロックス PARCでSmalltalk を開発した研究チームのリーダーであるAlan Kayに大きな影響を与えました。そして、Lisp は Smalltalk の影響を受け、後の方言では 1970 年代にオブジェクト指向プログラミング機能 (継承クラス、インスタンスのカプセル化、メッセージ パッシングなど) が採用されました。Flavorsオブジェクト システムは、多重継承とmixinの概念を導入しました。Common Lisp オブジェクト システムは、多重継承、多重ディスパッチによるマルチメソッド、およびファーストクラスのジェネリック関数を提供し、柔軟で強力な形式の動的ディスパッチを生み出します。これは、その後の多くの Lisp ( Schemeを含む) オブジェクト システムのテンプレートとしての役割を果たしており、多くの場合、メタオブジェクト プロトコル(オブジェクト システムがそれ自体の観点から定義される反射的なメタ循環設計) を介して実装されています。Lisp は、Smalltalk に次いでこのようなメタオブジェクト システムを備えた 2 番目の言語でした (そして、現在でも非常に数少ない言語の 1 つです)。何年も後、アラン・ケイは、これらの特徴が融合した結果、SmalltalkとLispだけが適切に考えられたオブジェクト指向プログラミングシステムとみなせると示唆した。^[61]

Lispは自動ガベージコレクションの概念を導入しました。これは、システムがヒープを歩き回って未使用のメモリを探すというものです。世代別ガベージコレクションなどの現代の洗練されたガベージコレクションアルゴリズムの進歩は、Lispでの使用によって刺激されました。^[62]

エドガー・W・ダイクストラは1972年のチューリング賞講演でこう述べた。

ごく基本的な原理を基盤として、LISP は驚くべき安定性を示してきました。それに加えて、LISP は、ある意味では最も洗練されたコンピュータ アプリケーションのかなりの数を担ってきました。LISP は、冗談めかして「コンピュータを悪用する最も賢い方法」と表現されています。この表現は、解放の完全な趣を伝える素晴らしい賛辞だと思います。LISP は、これまで不可能だった考えを思いつくのに、最も才能のある多くの人類の助けとなりました。^[63]

Lispは、初期のコンピューティングハードウェア（初期のマイクロプロセッサを含む）に対するリソース要件が主な理由で、AIコミュニティ以外ではFortranやALGOLから派生したC言語ほど人気が​​ありませんでした。複雑で動的なアプリケーションに適しているため、2010年代にはLispは再び注目を集めました。^[64]

この記事の例はCommon Lispで書かれています(ただし、ほとんどはSchemeでも有効です)。

Lisp は式指向言語です。他のほとんどの言語とは異なり、「式」と「文」は区別されません。^{[疑わしい–議論]}すべてのコードとデータは式として記述されます。式が評価されると、値 (複数の値も可能) が生成され、その値は他の式に埋め込むことができます。各値は任意のデータ型にすることができます。

McCarthy の 1958 年の論文では、コードとデータの内部表現を反映するシンボリック式( S 式、sexp) と、S 式の関数を表現するメタ式( M 式) の 2 種類の構文が導入されました。M 式は支持されることはなく、今日のほぼすべての Lisp では、コードとデータの両方を操作するために S 式が使用されています。

括弧の使用は、Lisp と他のプログラミング言語ファミリーとの最も明白な違いです。その結果、学生は長い間 Lisp に「愚かな括弧で迷う」や「イライラする余分な括弧がたくさん」などのニックネームを付けてきました。^[65]しかし、S 式の構文も Lisp のパワーの多くを担っています。構文は単純で一貫しており、コンピューターによる操作を容易にします。ただし、Lisp の構文は従来の括弧表記に限定されません。代替表記を含むように拡張できます。たとえば、XMLisp は、メタオブジェクト プロトコルを使用してS 式を Extensible Markup Language ( XML ) と統合する Common Lisp 拡張機能です。

式に依存することで、言語の柔軟性が大幅に向上します。Lisp関数はリストとして記述されるため、データとまったく同じように処理できます。これにより、他のプログラムを操作するプログラム (メタプログラミング) を簡単に記述できます。多くの Lisp 方言では、マクロ システムを使用してこの機能を活用しており、ほぼ無制限に言語を拡張できます。

Lisp リストは、要素が空白 、で区切られ、括弧で囲まれて記述されます。たとえば、 は、 3 つのアトム、、 を要素とするリストです。これらの値は暗黙的に型指定されます。つまり、それぞれ 2 つの整数と「シンボル」と呼ばれる Lisp 固有のデータ型であり、そのように宣言する必要はありません。 (1 2 foo) 12foo

空のリストは()、特殊なアトムとしても表されますnil。これは、Lisp でアトムとリストの両方である唯一のエンティティです。

式は、プレフィックス表記法を使用してリストとして記述されます。リストの最初の要素は、関数名、マクロ名、ラムダ式、または「特殊演算子」の名前です（以下を参照）。リストの残りの部分は引数です。たとえば、関数はlist引数をリストとして返すため、式

 (リスト1 2 (引用foo ))    

はリスト に評価されます。前の例の の前の「引用符」は「特殊演算子」であり、引数を評価せずに返します。引用符で囲まれていない式は、囲んでいる式が評価される前に再帰的に評価されます。たとえば、 (1 2 foo)foo

 (リスト1 2 (リスト3 4 ))     

リストに評価されます。3 番目の引数はリストです。リストはネストできます。 (1 2 (3 4))

算術演算子も同様に扱われます。式

 ( + 1 2 3 4 )    

10 と評価されます。中置記法では、同等のものは" " になります。 1 + 2 + 3 + 4

Lispには、Algol由来の言語で実装されているような演算子の概念はありません。Lispの算術演算子は可変長関数（またはn項）であり、任意の数の引数を取ることができます。Cスタイルの「++」増分演算子は、名前をincf与える構文 で実装されることがあります。

 (内径x ) 

と同等で(setq x (+ x 1))、 の新しい値を返しますx。

「特殊演算子」（「特殊形式」と呼ばれることもあります）は、Lisp の制御構造を提供します。たとえば、特殊演算子はif3 つの引数を取ります。最初の引数が nil でない場合は、2 番目の引数に評価され、それ以外の場合は、3 番目の引数に評価されます。したがって、次の式は

 ( nil の場合(リスト1 2 "foo" ) (リスト3 4 "bar" )) 
        
        

は と評価されます。もちろん、 の代わりに非自明な式が代入されていれば、これはより有用になります。 (3 4 "bar")nil

Lisp には、論理演算子and、or、notも用意されています。and演算子とor演算子は短絡評価を行い、それぞれ最初の nil と nil 以外の引数を返します。

 (または(および"ゼロ" nil "決して" ) "ジェームズ" 'タスク'時間)       

「James」と評価されます。

もう 1 つの特殊演算子はlambda、式内で評価される値に変数をバインドするために使用されます。この演算子は関数の作成にも使用されます。 の引数はlambda引数のリストと、関数が評価する式です (返される値は、最後に評価された式の値です)。式

 (ラムダ(引数) ( +引数1 ))    

は、適用されると、1つの引数を取り、それをその引数より1大きい数値にバインドして返す関数として評価されますarg。ラムダ式は名前付き関数と何ら違いなく扱われ、同じように呼び出されます。したがって、式

 ((ラムダ(引数) ( +引数1 )) 5 )     

は と評価されます6。ここでは関数適用を行っています。つまり、匿名関数に値 5 を渡して実行します。

名前付き関数は、defun マクロを使用してシンボルにラムダ式を格納することによって作成されます。

 ( defun foo ( a b c d ) ( + a b c d ))          

(defun f (a) b...)fグローバル環境で という名前の新しい関数を定義します。概念的には次の式に似ています。

 ( setf ( fdefinition 'f ) #' ( lambda ( a ) ( block f b... )))       

ここで、 は、setf最初の引数の値を新しい関数オブジェクトに設定するために使用されるマクロです。は、 という名前の関数のグローバル関数定義です。は、関数オブジェクトを返す特殊演算子 の略語です。fdefinition 'ffdefinitionf#'function

オリジナルのLISPには、アトムとリストという 2 つの基本的なデータ型がありました。リストは要素の有限順序付きシーケンスで、各要素はアトムまたはリストのいずれかであり、アトムは数値またはシンボルです。シンボルは基本的に一意の名前付き項目で、ソース コードでは英数字の文字列として記述され、変数名として、またはシンボリック処理でデータ項目として使用されます。たとえば、リストには、シンボル、リスト、および数値 2 の 3 つの要素が含まれています。(FOO (BAR 1) 2)FOO(BAR 1)

アトムとリストの本質的な違いは、アトムが不変かつ一意であるという点です。ソース コードの異なる場所に出現するが、まったく同じ方法で記述された 2 つのアトムは同じオブジェクトを表します^{[要出典]。}一方、各リストは別のオブジェクトであり、他のリストから独立して変更でき、比較演算子によって他のリストと区別できます。

後の Lisp 方言でより多くのデータ型が導入され、プログラミング スタイルが進化するにつれて、アトムの概念は重要性を失いました。^{[引用が必要]多くの方言では、}レガシー互換性のために述語アトムが保持され、^{[引用が必要] 、}コンスではないすべてのオブジェクトに対してそれが true であると定義されています。

Lispのリストは単方向リンクリストとして実装されています。^[66]このリストの各セルはcons（Schemeではpair ）と呼ばれ、 carとcdrと呼ばれる2つのポインタで構成されています。これらはそれぞれ、リンクリストの記事で説明したフィールドとフィールドに相当します。 datanext

コンス セルから構築できる多くのデータ構造のうち、最も基本的なものの 1 つは、適切なリストと呼ばれます。適切なリストは、特殊なnil(空のリスト) シンボル、または がcarデータ (リストなどの別のコンス構造の場合もあります) を指し、 がcdr別の適切なリストを指すコンスのいずれかです。

与えられた cons がリンク リストのヘッドであるとすると、その car はリストの最初の要素を指し、その cdr はリストの残りの部分を指します。このため、リンク リスト (ツリーではなく) の一部である cons を参照する場合 、関数carと関数は、cdrおよびとも呼ばれます。firstrest

したがって、Lisp リストは、C++ や Java のコンテナ クラスのインスタンスのようなアトミック オブジェクトではありません。リストは、リンクされた cons の集合にすぎません。特定のリストを参照する変数は、リストの最初の cons へのポインターにすぎません。リストのトラバースは、リストを cdring することによって実行できます。つまり、連続した cdr を使用してリストの各 cons を訪問するか、いくつかの高階関数のいずれかを使用して関数をリストにマップすることによって実行できます。

コンスとリストは Lisp システムで非常に普遍的であるため、これらが Lisp の唯一のデータ構造であるという誤解がよくあります。実際、最も単純なものを除くすべての Lisp には、ベクター (配列)、ハッシュ テーブル、構造体などの他のデータ構造があります。

括弧で囲まれたS式は連結リスト構造を表します。同じリストをS式として表す方法はいくつかあります。consはドット対表記法でと書くことができ、ここで はcar、cdrです。より長い適切なリストはドット対表記法で書くことができます。これは通常、リスト表記法のように省略されます。不適切なリスト^[67]は、最後のcdrが である3つのconsのリストのように、2つを組み合わせて書くことができます（つまり、完全に指定された形式のリスト）。 (a . b)ab(a . (b . (c . (d . nil))))(a b c d)(a b c . d)d(a . (b . (c . d)))

Lisp には、リストにアクセスして制御するための組み込みプロシージャが多数用意されています。listプロシージャを使用してリストを直接作成できます。このプロシージャは、任意の数の引数を受け取り、それらの引数のリストを返します。

 (リスト1 2 'a 3 ) ;出力: (1 2 a 3)    
 

 (リスト1 ' ( 2 3 ) 4 ) ;出力: (1 (2 3) 4)    
 

リストはコンス ペアから構築されるため、このcons手順を使用してリストの先頭に要素を追加できます。consリストの構築方法により、この手順ではリスト引数の処理方法が非対称になります。

 ( cons 1 ' ( 2 3 )) ;出力: (1 2 3)   
 

 ( cons ' ( 1 2 ) ' ( 3 4 )) ;出力: ((1 2) 3 4)    
 

このappend手順は、2つ（またはそれ以上）のリストを互いに追加します。Lispのリストはリンクリストであるため、2つのリストを追加するには漸近的な時間計算量が必要です。 ${\displaystyle O(n)}$

 ( ' ( 1 2 ) ' ( 3 4 )を追加) ;出力: (1 2 3 4)    
 

 (追加' ( 1 2 3 ) ' () ' ( a ) ' ( 5 6 )) ;出力: (1 2 3 a 5 6)       
 

Lisp リストは単純なリンク リストなので、互いに構造を共有できます。つまり、2 つのリストが同じtail、つまり最後の cons シーケンスを持つことができます。たとえば、次の Common Lisp コードを実行した後は次のようになります。

( setf foo (リスト'a 'b 'c )) ( setf bar ( cons 'x ( cdr foo )))     
     

リストfooと はそれぞれとbarです。ただし、両方のリストの末尾は同じ構造です。これはコピーではありません。 と を指すコンス セルは、両方のリストで同じメモリ位置にあります。 (a b c)(x b c)(b c)bc

コピーではなく構造を共有すると、パフォーマンスが大幅に向上します。ただし、この手法は、引数として渡されるリストを変更する関数と望ましくない方法で相互作用する可能性があります。cを に置き換えるなど、1 つのリストを変更するとgoose、他のリストにも影響します。

 ( setf ( 3番目のfoo ) 'goose )   

これはfooに変更されますが、それによって も–に変更されます。これは予期しない結果になる可能性があります。これはバグの原因になる可能性があり、引数を変更する関数はまさにこの理由から 破壊的であると文書化されています。(a b goose)bar(x b goose)

関数型プログラミングの愛好家は破壊的な関数を避けます。関数型スタイルを好む Scheme 方言では、破壊的な関数の名前には注意を促す感嘆符、つまり「バン」が付けられます。たとえば、set-car!(read set car bang ) は、cons の car を置き換えます。Common Lisp 方言では、破壊的な関数は一般的です。 に相当するものは「replace car」にちなんでset-car!名付けられていますrplaca。ただし、この関数はほとんど見られません。これは、Common Lispsetfには破壊的な関数の定義と使用を容易にする特別な機能 が含まれているためです。Common Lisp でよく使用されるスタイルは、プロトタイプ作成時に関数的に (破壊的な呼び出しなしで) コードを記述し、その後、安全に実行できる場所で最適化として破壊的な呼び出しを追加するというものです。

Lisp は、ユーザーが入力した式を評価します。シンボルとリストは、他の (通常はより単純な) 式に評価されます。たとえば、シンボルは、それが指定した変数の値に評価されます。 はに評価されます。ただし、他のほとんどの形式は、それ自体に評価されます。Lisp に入力すると、 が返されます。 (+ 2 3)555

任意の式にマークを付けて、評価されないようにすることもできます (シンボルやリストの場合に必要です)。これは、quote特殊演算子、またはその省略形(1 つの引用符) の役割です。たとえば、通常、シンボル を入力すると、対応する変数の値 (または、そのような変数がない場合はエラー) が返されます。リテラル シンボルを参照するには、または (通常は )を入力します。 'foo(quote foo)'foo

Common Lisp と Scheme はどちらも、文字 (重アクセント) で入力されるバッククォート演算子 ( Scheme では準クォートと呼ばれる) もサポートしています。これは、式を評価し、その値をカンマアンクォートおよびカンマアット スプライス演算子を使用して引用符で囲まれたリストに挿入できることを除けば、プレーンクォートとほぼ同じです。変数に値がある場合、 はと評価され、 は と評価されます。バッククォートは、マクロ展開の定義で最もよく使用されます。^{[68] [69]}`, ,@ snue(bar baz)`(foo ,snue)(foo (bar baz))`(foo ,@snue)(foo bar baz)

自己評価フォームと引用フォームは、Lisp のリテラルに相当します。プログラム コード内の (変更可能な) リテラルの値を変更できる場合があります。たとえば、関数が引用フォームを返し、関数を呼び出すコードがそのフォームを変更すると、後続の呼び出しで関数の動作が変わる可能性があります。

( defun は定数である必要があります() ' ( 1 2 3 ))  
    

( let (( stuff ( should-be-constant ))) ( setf ( third stuff ) 'bizarre )) ; ダメ!  
        

(定数であるべき) ; (one two bizarre) を返します   

このように引用符で囲まれた形式を変更することは、一般的に悪いスタイルであると考えられており、ANSI Common Lisp ではエラーとして定義されています (ファイル コンパイラが類似の定数を結合したり、書き込み保護されたメモリに配置したりする可能性があるため、コンパイルされたファイルで「未定義」の動作が発生します)。

Lisp による引用の形式化は、ダグラス・ホフスタッター(『ゲーデル、エッシャー、バッハ』 ) や他の人々によって、自己言及という哲学的概念の例として指摘されています。

Lisp ファミリーは、動的スコープと静的スコープ(別名レキシカル スコープ)の使用をめぐって分裂しています。Clojure、Common Lisp、Scheme はデフォルトで静的スコープを使用しますが、newLISP、Picolisp 、およびEmacsとAutoCADの埋め込み言語は動的スコープを使用します。バージョン 24.1 以降、Emacs は動的スコープとレキシカル スコープの両方を使用します。

Lisp と他の言語との根本的な違いは、Lisp では、プログラムのテキスト表現が、基礎となる Lisp システムで使用されるものと同じ内部データ構造 (リンク リスト、シンボル、数値、文字など) の、人間が読める形式での単なる記述であるという点です。

Lisp はこれを使用して、非常に強力なマクロ システムを実装します。Cプリプロセッサ( C、Objective-C、C++プログラミング言語のマクロ プリプロセッサ) によって定義されたマクロ言語など、他のマクロ言語と同様に、マクロはコンパイル可能なコードを返します。ただし、C プリプロセッサ マクロとは異なり、マクロは Lisp 関数であるため、Lisp のパワーをフルに活用できます。

さらに、Lisp コードはリストと同じ構造を持っているため、言語内の任意のリスト処理関数を使用してマクロを構築できます。つまり、Lisp がデータ構造に対して実行できることはすべて、Lisp マクロでコードに対して実行できます。対照的に、他のほとんどの言語では、パーサーの出力は言語実装の内部にのみ存在し、プログラマーが操作することはできません。

この機能により、言語内で効率的な言語を簡単に開発できます。たとえば、Common Lisp オブジェクト システムは、マクロを使用して言語拡張としてきれいに実装できます。つまり、アプリケーションで別の継承メカニズムが必要な場合は、別のオブジェクト システムを使用できるということです。これは、他のほとんどの言語とはまったく対照的です。たとえば、Java は多重継承をサポートしておらず、それを追加する合理的な方法はありません。

単純な Lisp 実装では、このリスト構造はプログラムを実行するために直接解釈されます。関数は文字通りリスト構造の一部であり、実行時にインタープリタによって走査されます。ただし、ほとんどの本格的な Lisp システムにはコンパイラも含まれています。コンパイラはリスト構造をマシン コードまたはバイトコードに変換して実行します。このコードは、C などの従来の言語でコンパイルされたコードと同じ速度で実行できます。

マクロはコンパイル段階の前に展開されるため、いくつかの興味深いオプションが提供されます。プログラムが事前計算されたテーブルを必要とする場合、マクロはコンパイル時にテーブルを作成する可能性があります。そのため、コンパイラはテーブルを出力するだけでよく、実行時にテーブルを作成するコードを呼び出す必要はありません。一部のLisp実装ではeval-when、コンパイル時にコードが存在することを許可するメカニズム（マクロが必要とする場合）がありますが、発行されたモジュールには存在しません。^[70]

Lisp 言語は、多くの場合、対話型コマンドラインで使用され、統合開発環境(IDE)と組み合わせることもできます。ユーザーはコマンドラインで式を入力するか、IDE に指示して Lisp システムに送信します。Lisp は入力された式を読み取り、評価し、結果を出力します。このため、Lisp コマンドラインは、読み取り、評価、印刷ループ( REPL ) と呼ばれます。

REPL の基本的な操作は次のとおりです。これは、引用符やマクロなど、実際の Lisp の多くの要素を省略した単純化された説明です。

関数readはテキストの S 式を入力として受け入れ、それを内部データ構造に解析します。たとえば、プロンプトにテキストを入力すると、はこれを 3 つの要素 (シンボル 、数値 1、数値 2) を持つリンク リストに変換します。このリストは有効な Lisp コードでもあります。つまり、評価可能です。これは、リストの car が関数 (加算演算) を指定しているためです。 (+ 1 2)read+

A はfoo単一の記号として読み取られます。123は数字の 123 として読み取られます。"123"は文字列 "123" として読み取られます。

関数evalはデータを評価し、結果として 0 個以上の他の Lisp データを返します。評価は解釈を意味する必要はありません。一部の Lisp システムでは、すべての式をネイティブ マシン コードにコンパイルします。ただし、評価を解釈として記述するのは簡単です。car が関数の名前であるリストを評価するには、evalまず cdr で指定された各引数を評価し、次に関数を引数に適用します。この場合、関数は加算であり、これを引数リストに適用すると答え が生成されます。これが評価の結果です。 (1 2)3

シンボルはfoo、シンボル foo の値として評価されます。文字列 "123" のようなデータは同じ文字列として評価されます。リストは、リスト (1 2 3) として評価されます。 (quote (1 2 3))

print出力をユーザーに提示するのは関数の役割です。このような単純な結果であれば、これは簡単です。リスト構造の一部に評価される式では、リストを走査して S 式として出力する 3必要があります。print

Lisp REPL を実装するには、これら 3 つの関数と無限ループ関数を実装するだけで済みます。(当然、や などevalの特殊演算子もすべて実装する必要があるため、 の実装は複雑になります。) これが完了すると、基本的な REPL は 1 行のコードになります。 iflambda(loop (print (eval (read))))

Lisp REPL は通常、入力編集、入力履歴、エラー処理、デバッガーへのインターフェースも提供します。

Lisp は通常、積極的に評価されます。Common Lispでは、引数は適用順序(「最も左、最も内側」)で評価されますが、 Schemeでは引数の順序は定義されていないため、コンパイラによる最適化の余地が残されます。

Lisp には元々制御構造がほとんどありませんでしたが、言語の進化の過程で多くの制御構造が追加されました。(Lisp のオリジナルの条件演算子 は、cond後の構造の先駆けですif-then-else。)

Scheme 方言のプログラマーは、ループを末尾再帰を使用して表現することがよくあります。学術的なコンピュータ サイエンスで Scheme が広く使用されているため、一部の学生は、Lisp で反復を記述する唯一の、または最も一般的な方法は末尾再帰であると信じていますが、これは誤りです。Scheme のループからCommon Lispの複雑なdo式まで、よく見られるすべての Lisp 方言には命令型の反復構造があります。さらに、これを主観的ではなく客観的にしている重要な問題は、Scheme が末尾呼び出しの処理に特定の要件を定めていることであり、したがって、Scheme で末尾再帰の使用が一般的に推奨される理由は、この方法が言語定義によって明示的にサポートされているためです。対照的に、ANSI Common Lisp では、^[71]一般に末尾呼び出しの削除と呼ばれる最適化は必要ありません。したがって、より伝統的な反復構造（、または など）の代わりに末尾再帰スタイルを使用することがCommon Lispでは推奨されていない^[72]という事実は、単に文体上の好みの問題ではなく、潜在的には効率性（Common Lispでの明らかな末尾呼び出しは単純なジャンプとしてコンパイルされない可能性があるため）とプログラムの正確性（Common Lispでは末尾再帰によってスタックの使用量が増加し、スタックオーバーフローの危険があるため）の問題でもある。 loopdodolistloop

Lisp の制御構造の中には、他の言語の構文キーワードに相当する特殊な演算子があります。これらの演算子を使用する式は、表面的には関数呼び出しと同じですが、引数が必ずしも評価されない点、または反復式の場合は複数回評価される可能性がある点が異なります。

他のほとんどの主要なプログラミング言語とは対照的に、Lisp では言語を使用して制御構造を実装できます。いくつかの制御構造は Lisp マクロとして実装されており、その動作を知りたいプログラマーはマクロ展開することもできます。

Common Lisp と Scheme はどちらも非ローカル制御フローの演算子を備えています。これらの演算子の違いは、2 つの方言間の最も深い違いの一部です。Scheme は、プロシージャを使用した再入可能継続call/ccをサポートしており、これにより、プログラムは実行中の特定の場所を保存 (および後で復元) できます。Common Lisp は再入可能継続をサポートしていませんが、エスケープ継続を処理するいくつかの方法をサポートしています。

多くの場合、同じアルゴリズムは Lisp では命令型または関数型のどちらのスタイルでも表現できます。前述のように、Scheme は関数型スタイルを好む傾向があり、末尾再帰と継続を使用して制御フローを表現します。ただし、命令型スタイルも依然として十分に可能です。多くの Common Lisp プログラマーが好むスタイルは、C などの構造化言語に慣れているプログラマーには馴染みがあるかもしれませんが、Schemer が好むスタイルはHaskellなどの純粋関数型言語に近いものです。

Lisp はリスト処理の初期の伝統を受け継いでいるため、シーケンスの反復処理に関連する高階関数が豊富にあります。他の言語では明示的なループ ( forC のループなど) が必要になる場合の多くで、Lisp では高階関数を使用して同じタスクを実行できます (多くの関数型プログラミング言語でも同じことが言えます)。

良い例としては、Scheme では と呼ばれmap、Common Lisp では と呼ばれる関数がありますmapcar。関数と 1 つ以上のリストが与えられた場合、mapcar関数をリストの要素に順番に適用し、結果を新しいリストに収集します。

 (マップカー#' + ' ( 1 2 3 4 5 ) ' ( 10 20 30 40 50 ))           

これは、+リスト要素の対応する各ペアに関数を適用し、結果を生成します。 (11 22 33 44 55)

以下は Common Lisp コードの例です。

基本的な「Hello, World!」プログラム:

( 「Hello, World!」と印刷) 

Lisp 構文は自然に再帰に適しています。再帰的に定義された集合の列挙などの数学の問題は、この表記法で簡単に表現できます。たとえば、数値の階乗を評価するには、次のようにします。

( defun階乗( n ) ( if ( zerop n ) 1 ( * n (階乗( 1- n )))))  
       
            

基盤となる Lisp システムが末尾再帰を最適化する場合、代替実装では以前のバージョンよりもスタック スペースが少なくなります。

( defun factorial ( n &optional ( acc 1 )) ( if ( zerop n ) acc ( factorial ( 1- n ) ( * acc n ))))     
       
             

上記の例を、 Common Lispのマクロを使用する反復バージョンと比較してみましょうloop。

( defun factorial ( n ) ( iを1からnまでループし、 fac = 1の場合、( * fac i )最後に( fac を返す)))  
          
               
          

次の関数はリストを反転します。(Lisp の組み込みの逆関数も同じことを行います。)

( defun -reverse (リスト) ( let ((戻り値)) ( dolist ( eリスト) ( push e戻り値))戻り値))  
     
           
      

さまざまなオブジェクトシステムやモデルがLispの上に、またはLispと並行して、あるいはLispに組み込まれて構築されている。

• Common Lisp オブジェクト システム(CLOS) は、ANSI Common Lisp の不可欠な部分です。CLOS は、New Flavors と CommonLOOPS から派生したものです。ANSI Common Lisp は、最初に標準化されたオブジェクト指向プログラミング言語でした (1994、ANSI X3J13)。
• ObjectLisp ^[73]またはObject Lisp、Lisp Machines IncorporatedおよびMacintosh Common Lispの初期バージョンで使用されていた
• LOOPS (Lisp オブジェクト指向プログラミングシステム) とその後のCommonLoops
• MITで構築されたFlavorsと、その後継である New Flavors ( Symbolicsによって開発)。
• KR (Knowledge Representation の略) は、Common Lispの GUI ライブラリである Garnet の作成を支援するために開発された制約ベースのオブジェクト システムです。
• 知識工学環境（KEE）はUNITSと呼ばれるオブジェクトシステムを使用し、それを推論エンジン^[74]と真理維持システム（ATMS）と統合しました。

言語ベースのシステムを 含むいくつかのオペレーティングシステムはLispをベースにしている（Lispの機能、規則、メソッド、データ構造などを使用している）、またはLispで書かれている。^[75]

Genera（Open Generaに改名）^{[76] 、} Symbolics社製。Interlispで書かれたMedley（もともとはゼロックス社の後のStar ワークステーションで実行されていたグラフィカルオペレーティングシステムのファミリー）^{[77] [78]} Mezzano、^[79] Interim、^{[80] [81]} ChrysaLisp ^{[82] 、Tao Systems社のTAOS [83]}の開発者によるもの、およびGuix

• 自己修正コード