Scheme

Шаблон:Карточка языка программирования Scheme [{{#if: | skiːm | 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 Шаблон:Не переведено 2 и Джеральдом Сассменом.

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. Шаблон:Lang-en2). 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 Шаблон:Нп5; (англ. Шаблон:Lang-en2 — «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

Простые математические операции: <source lang="scheme" line="1" start="0"> (+ 2 (* 2 2)) > 6 (+ 1 2 3 4) > 10 </source> Вызов каждой операции (или функции) представляется списком, в котором символ операции (который, в сущности, является именем функции) всегда занимает начальную позицию.

Предикаты типа: <source lang="scheme"> (number? 5) (number? "foo") (string? "foo") </source>

По соглашению, имена всех предикатов заканчиваются символом ?.

Проверки на равенство: <source lang="scheme"> (equal? "foo" "bar") (eqv? 5 (+ 2 3)) (eq? 'a 'A) </source>

Определение макросов для традиционных операций push и pop: <source lang="scheme"> (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))))

</source>

Определение функций: <source lang="scheme">

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))) </source>

Определение функции должно соответствовать следующему прототипу: <source lang="scheme"> (define имя-функции (lambda (аргументы) (реализация-функции))) </source>

хотя на практике чаще используют сокращённую форму: <source lang="scheme"> (define (имя-функции аргументы) (реализация-функции)) </source>

Ввод-вывод

Для ввода и вывода в Scheme используется тип «порт» (port, R5RS sec 6.6)<ref name="r5rs">Шаблон:Статья</ref>. 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<ref name="srfi-6">Шаблон:Cite web</ref>. Стандарт R6RS определяет более сложные процедуры для работы с портами и много новых типов портов.

Следующие примеры написаны на R5RS Scheme.

<source lang="scheme"> (write (+ (read) (read))) </source>

Вывод в порт по умолчанию (current-output-port): <syntaxhighlight lang="Scheme"> (let ((hello0 (lambda() (display "Hello world") (newline))))

 (hello0))

</syntaxhighlight>

Передача порта в качестве аргумента: <syntaxhighlight lang="Scheme"> (let ((hello1 (lambda (p) (display "Hello world" p) (newline p))))

 (hello1 (current-output-port)))

</syntaxhighlight>

Перенаправление вывода в файл: <syntaxhighlight lang="Scheme"> (let ((hello0 (lambda () (display "Hello world") (newline))))

 (with-output-to-file "outputfile" hello0))

</syntaxhighlight>

Явное открытие файла и закрытие порта: <syntaxhighlight lang="Scheme"> (let ((hello1 (lambda (p) (display "Hello world" p) (newline p)))

     (output-port (open-output-file "outputfile")))
 (hello1 output-port)
 (close-output-port output-port)

) </syntaxhighlight>

call-with-output-file: <syntaxhighlight lang="Scheme"> (let ((hello1 (lambda (p) (display "Hello world" p) (newline p))))

 (call-with-output-file "outputfile" hello1))

</syntaxhighlight>

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

Из-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<ref name="srfi_support">Шаблон:Cite web</ref>:

• 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

GNU 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.

Шаблон:Iw — 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<ref>Шаблон:Cite web</ref>.

Литература

• Structure and Interpretation of Computer ProgramsШаблон:Ref
• Видео-лекции «Structure and Interpretation of Computer Programs», Harold Abelson и Gerald Jay SussmanШаблон:Ref
• The Scheme Programming Language, R. Kent DybvigШаблон:Ref
• Учебник HtDP (How to Design Programs, Second Edition)

Ссылки

Шаблон:Родственный проект{{#if:||{{#if:Введение в язык Scheme для школьников||}}}}

• A large collection of Scheme resources. Большая коллекция ресурсов по Scheme.
• Сообщество schemewiki.org