Clojure编程手册：探索Lisp的新实现

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"《Clojure Handbook》是由Jamesqiu编写的关于Clojure语言的手册，旨在帮助学习者理解和掌握Clojure。这本书强调了知识的实际应用和记忆的重要性，内容主要来源于作者在实践中遇到的问题和解决方案，以及对Clojure特性的探索。书中提到，写作是巩固学习的有效方式，即使是片段式的记录也能帮助理解和回顾。Clojure作为Lisp家族的一员，因其独特的代码即数据的理念和与传统编程语言的显著差异，使得初学者可能会感到困惑。手册通过对比和解释，试图揭示Lisp的本质，将Clojure描述为XML++，解释了Lisp表达式的双重性质。此外，Clojure是基于Java虚拟机（JVM）的实现，因此也被称作JLisp。" 本文档详细介绍了Clojure这门函数式编程语言的基础知识和核心概念。Clojure的设计目标是提供一种静态类型的、动态的、并发的、安全的编程环境，特别适合处理大规模数据和构建高可用性系统。手册涵盖了以下主要知识点： 1. **Lisp语法和代码即数据（Code is Data）**：Clojure使用S表达式（S-expressions）来表示程序结构，这使得代码可以被程序本身处理，为元编程提供了便利。 2. **数据结构**：Clojure提供了丰富的数据结构，如向量、列表、映射、集合和字符串，它们都是持久化的，即修改操作不会改变原有数据结构，而是返回一个新的版本。 3. **函数式编程**：Clojure强调函数的使用，支持高阶函数、闭包、递归和惰性序列。函数是第一等公民，可以作为参数传递，也可以作为返回值。 4. **引用和并发**：Clojure提供了原子（Atoms）、代理（Agents）和软件事务内存（Software Transactional Memory, STM）等机制，以安全且高效的方式处理并发问题。 5. **宏（Macros）**：Clojure的宏允许开发者在编译时构造代码，增强了元编程能力。 6. **与Java互操作（Interop）**：Clojure可以直接调用Java类库，这使得它能充分利用Java生态系统的优势。 7. **REPL（Read-Eval-Print Loop）**：Clojure的交互式开发环境是其学习和调试的重要工具，可以快速测试和迭代代码。 8. **核心库**：Clojure包含丰富的核心库，如clojure.core，提供了许多实用的功能，如排序、过滤、映射等。 9. **ClojureScript**：Clojure的JavaScript编译版，用于前端开发，能够与现有Web技术无缝集成。 10. **Clojure社区和工具**：Clojure拥有活跃的开发者社区，提供了大量的第三方库和工具，如Leiningen和Boot，用于项目管理。通过深入学习《Clojure Handbook》，开发者不仅可以掌握Clojure语言，还能理解函数式编程的思想，以及如何在实际项目中利用Clojure的特性解决复杂问题。手册的实践导向使得它成为Clojure初学者和进阶者的重要参考资料。

2021/3/2 Clojure Handbook (by jamesqiu)

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判断类型：

(instance? Integer 10)

(instance? String "hi")

特定类型判断的单目表达式：

(true? true) ; 只有true为true，其他皆为false

(true? false) ; false

(true? nil) ; false

(true? "") ; false

(true? "abc") ; false

(false? false) ; 只有false为true，其他皆为false

(false? true) ; false

(false? nil) ; false

(nil? nil) ; true

(nil? false) ; false

(zero? 0) ; true 参数只能是数字

(zero? 0.0) ; true

(zero? 0.0M) ; true

(zero? (/ 1 3)) ; false

(char? \a) ; true

(string? "hello") ; true

(number? 10) ; true

(number? 10.3) ; true

(number? 10.3M) ; true

(number? (/ 1 3)) ; true

(integer? 10) ; true

(ratio? (/ 1 3)) ; true

(every? rational? [3 3.14M (/ 1 3)]) ; true 有理数

(float? 1.3) ; true

(float? (double 1.3)) ; true *没有* (double? 1.3)

(keyword? :k1) ; true

(symbol? 's1) ; true

(every? coll? (list [] '() {} #{})) ; true

(seq? '()) ; true

(vector? []) ; true

(list? '()) ; true

(map? {}) ; true

(set? #{}) ; true

2.5.1 使用seq做判断

利用seq 的特性:

(seq nil) ; nil

(seq {}) ; nil

(seq []) ; nil

(seq #{}) ; nil

(seq '()) ; nil

可统一判断处理为空的基本类型、sequence类型

2.6 do 执行多条语句

do执行多条语句，返回最后一条语句值

(do nil "hello" 10) ; 返回10

(def v (do (println 123) (println 321) -1)) ; v=-1

2.7 条件语句if when cond condp case

if条件中除了false和nil，其他都为true：

(if true "true") ; "true"

(if 0 "true") ; "true"

(if "" "true") ; "true"

(if nil "true") ; nil

(if false "true") ; nil

(if-not false "true") ; true

(if-not true "true") ; nil

(if (not (= a b)))

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用not=可以写成：

(if (not= a b))

用if-not可以写成

(if-not (= a b))

第三个参数就是else子句，但"else"不用写：

(if true "true" "false") ; "true"

(if false "true" "false") ; "false"

when没有else子句，执行条件后的所有语句：

(when true "1" "2" "3") ; "3"

(when false "1" "2" "3") ; nil

(when-not false "1") ; "1"

(when-not true "1") ; nil

例子：区别if和when，打印小于5的正整数

(loop [i 1] (if (< i 5) (println i) (recur (inc i)))) ; 错误仅打印1

(loop [i 1] (if (< i 5) (do (println i) (recur (inc i))))) ; 正确

(loop [i 1] (when (< i 5) (println i) (recur (inc i)))) ; 正确 when把条件判断后的所有都执行

cond类似于switch..case..default:

(cond (= 5 2) "5==2"

(= 5 5) "5==5"

(= 5 6) "5==6") ; "5==5"

(defn f [n] (cond (< n 0) "<0"

(< n 10) "<10"

:else ">=10"))

(f -1) ; "<0"

(f 1) ; "<10"

(f 10) ; ">=10"

注：:else只是个习惯用法，变成其他的东西（只要为true），不影响cond的功能。

例子：猜数字游戏

(def ans (rand-int 100))

(defn guess [n] (cond (= n ans) "got it!" (< n ans) "too small" (> n ans) "too large"))

(guess 62)

condp:

condp 对应的cond写法

(def n 3) (def n 3)

(condp = n 2 "2=n" 3 "3=n" "no match") ; "3=n" (cond (= 2 n) "2=n" (= 3 n) "3=n" :else "no

match")

(condp > n 0 "0>n" 5 "5>n" "others") ; "5>n" (cond (> 0 n) "0>n" (> 5 n) "5>n" :else

"other")

注意：可见后面的值如0，5是作为>函数的第一个参数.

case类似于Java的switch:

(defn f [x] (case x

1 10

2 20

3 30

0))

(f 1) ; 10

(f 3) ; 30

(f 4) ; 0

case可以用列表一次匹配*多个*值：

(defn f [x] (case x

(5 10) "*5"

(3 6 9) "*3"

"others"))

(f 5) ; "*5"

(f 10) ; "*5"

(f 6) ; "*3"

(f 2) ; "others"

注意：列表前不用加'

case可以匹配不同类型：

(defn jumper [x]

(case x

"JoC" :a-book

"Fogus" :a-boy

:eggs :breakfast

42 (+ x 100)

[42] :a-vector-of-42

"The default"))

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2.7.1 when-first

另有when-first(“但集合不为空或者nil时，绑定为第一个元素”：

(when-first [a [1 3 5]] a) ; 1 如果

(when-first [a [1 3 5]] "hello") ; "hello"

(when-first [a []] a) ; nil

(when-first [a nil] a) ; nil

2.7.2 if-let when-let

if-let在值不为nil、false时执行前者，否则后者：

(= (if-let [a nil] a 10) 10)

(= (if-let [a false] "yes" "no") "no")

(= (if-let [a 4] (* a 10) 10) 40)

when-let在值为nil、false时返回nil

(= (when-let [a 4] (* a 10)) 40)

(= (when-let [a false] (* a 10)) nil)

(when-let [a 9] (println a) (+ a 4))

2.8 循环语句

2.8.1 loop

(loop [a [1 3 5] b [2 4 6]] (interleave a b)) ; (1 2 3 4 5 6)

2.8.2 if recur, when recur

((fn [s ii] (if ii (recur (subs s (first ii)) (next ii)) s))

"hello world" [1 2 3]) ; "world"

对比loop..if..recur版本：

(loop [s "hello world" ii [1 2 3]] (if ii (recur (subs s (first ii)) (next ii)) s)) ; "world"

仅使用recur：

(defn f [n] (when (pos? n) (println n) (recur (dec n))))

相当于：

(defn f [n] (when (pos? n) (do (println n) (recur (dec n)))))

相当于如下的简写：

(defn f [n] (loop [i n] (when (pos? i) (do (println i) (recur (dec i)))) ))

例子：求下一个素数

(defn pnext [n] (let [n2 (inc n)] (if (prime? n2) n2 (recur n2))))

如何找集合中符合条件的第一个元素（模拟Scala的find）

方法1：可以用if..recur：

(defn find-first [pred coll]

(loop [c coll] (if (or (empty? c) (pred (first c))) (first c) (recur (rest

c)))))

方法2：其实由于filter是lazy的，如下即可：

(first (filter pred coll))

方法3：或者直接用contrib中的函数：

(use '[clojure.contrib.seq-utils :only (find-first)])

(find-first even? [1 3 5 2 4]) ; 2

方法4：巧用some：

(some #(when (pred %) %) coll)

方法5：用补函数：

(first (drop-while (complement pred) coll))

这样pnext也可以写成

(defn pnext [n] (find-first prime? (range (inc n) (* 2 n))))

也可以用：

(defn pnext [n] (first (filter prime? (iterate inc (inc n)))))

(take 10 (iterate pnext 2))

2.8.3 loop if recur

Clojure是FP，没有C/Java的循环变量，要使用递归（recursion）。

形式：

(loop [v ..] (if (..) rt (recur v' ..)))

说明：

l recur表示递归表达式；if内的条件是循环退出条件，如果多个条件也可以用cond；rt是递归出口值；

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l v ..是循环变量初始值，v' ..是v ..对应的变化（位置必须一致，变量个数必须一致）；

例子：变量x从1到7，变量r存值

(loop [r [] x 1] (if (> x 7) r (recur (conj r x) (inc x)))) ; [1 2 3 4 5 6 7]

使用loop就不用定义函数了，对比：

(defn f [r x] (if (> x 7) r (recur (conj r x) (inc x))))

(f [] 1) ; [1 2 3 4 5 6 7]

例子：1+2+……+100

例子：fib数列（1 2 3 5 8 13 ……）

(defn fib [n] (loop [a 1 b 2 i n] (if (zero? i) a (recur b (+ a b) (dec i)))))

(map fib (range 10)) ; (1 2 3 5 8 13 21 34 55 89)

对比不使用loop的自递归写法：

(defn fib [a b i] (if (zero? i) a (recur b (+ a b) (dec i))))

(map (partial fib 1 2) (range 10))

例子：fib数列的另一种loop写法，直接得到前n个fib数

(defn fib2 [n] (loop [i 2 r [1 2]]

(if (>= i n) r (recur (inc i) (conj r (+ (last r) (last (butlast r))))))))

例子：阶乘 5！=120

(loop [i 1 r 1] (if (> i 5) r (recur (inc i) (* i r)))) ; 120

参照上面，可定义阶乘函数如下：

(defn fac [n] (loop [i 1 r 1] (if (> i n) r (recur (inc i) (* i r)))))

对比不用loop的：

(defn fac0 [i r] (if (zero? i) r (recur (dec i) (* i r))))

(defn fac [n] (fac0 n 1))

例子：牛顿法求n的平方根（说明：任取一个数a（1或者n/2）,另一个因子就是b=n/a; 如果a和b不够接近，取平均a=(a+b)/2, 而b=n/a直到

a、b足够接近）

(defn sqrt2 [n]

(loop [a (/ n 2.0) b (/ n a)]

(if (>= 0.00001 (Math/abs (- a b))) (double a)

(recur (/ (+ a b) 2) (/ n (/ (+ a b) 2)) ))))

(sqrt2 2)

2.8.4 dotimes dorun doall

(dotimes [i 5] (println i)) ; 打印 0 1 2 3 4

相当于Scala的

0 until 5 foreach println // Scala

一般也可以写成:

(dotimes [_ 5] (println _))

注：可以用doseq来完成dotimes的工作

(doseq [i (range 5)] (println i))

例子：打印seq中的所有元素:

(def s [2 4 6 8])

(dotimes [i (count s)] (println (nth s i)))

输出：

或者：

(dorun (map println [2 4 6 8])) ; 返回nil

相当于Scala的

List(2,4,6,8) foreach println // Scala

也可以用doseq：

(doseq [x [2 4 6 8]] (println x))

dorun只逐个处理seq元素而不在内存中生成seq；与doall有区别：

(doall (map println [2 4 6 8])) ; 返回 (nil nil nil nil)

2.8.5 doseq

(doseq [i (range 10)] (println i))

相当于Scala的

for (i<-Range(0,10)) println(i) // Scala

注意：而Clojure的for相当于Scala的for..yield

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