第十四章 向量和结构体
14.1 简介
本章中,我将讲解向量和结构体。向量是一组通过整数索引的数据。与C语言中的数组不同,一个向量可以储存不同类型的数据。与表相比,向量更加紧凑且存取时间更短。但从另外一方面来说,向量是通过副作用来操作的,这样会造成负担。Scheme中的结构体与C语言中的结构体类似。但Scheme中的结构体比C语言中的更容易使用,这是因为Scheme为结构体自动创建了读取函数和写入函数,这受益于Lisp/Scheme程序设计语言中的宏。
14.2 向量
14.2.1 字面值
向量通过闭合的#(
和)
表示,例如#(1 2 3)
。作为字面值时,它们应该被引用,例如:
'#(1 2 3) ; 整数向量
'#(a 0 #\a) ; 由符号、整数和字符构成的向量
14.2.2 向量函数
下面的函数都是R5RS规定的函数:
(vector? obj) 如果obj是一个向量则返回#t。 (make-vector k) (make-vector k fill) 放回一个有k个元素的向量。如果指定了第二个参数fill,那么所有的元素都会被初始化为fill。 (vector obj …) 返回由参数列表构成的向量。 (vector-length vector) 返回向量vector的长度。 (vector-ref vector k) 返回向量vector的索引为k的元素。(译注:和C语言类似,向量从0开始索引。) (vector-set! vector k obj) 将向量vector的索引为k的元素修改为obj。 (vector->list vector) 将vector转换为表。 (list->vector list) 将list转换为向量。 (vector-fill! vector fill) 将向量vector的所有元素设置为fill。
例:一个对向量中元素求和的函数。
(define (vector-add v1 v2)
(let ((lenv1 (vector-length v1))
(lenv2 (vector-length v2)))
(if (= lenv1 lenv2)
(let ((v (make-vector lenv1)))
(let loop ((i 0))
(if (= i lenv1)
v
(begin
(vector-set! v i (+ (vector-ref v1 i) (vector-ref v2 i)))
(loop (1+ i))))))
(error "different dimensions."))))
练习1
编写一个用于计算两向量内积的函数。
14.3 结构体
14.3.1 大体功能
虽然R5RS中没有定义结构体,但是在很多Scheme实现中,都实现了类似于Common Lisp中的结构体。这些结构体本质上来说都是向量。每一个槽都通过使用一个宏来命名,我将会在下一章(十五章)中讲解这个问题。结构体通过不同的属性清楚地表示数据。定义结构体的宏自动为结构体创建读取(accessor)函数和设置(setter)函数。你可以通过“程序”来写程序,这被认为是Lisp/Scheme最好之处之一。
14.3.2 MIT-Scheme中的结构体
在MIT-Scheme中,结构体通过函数define-structure
来定义。为了使你更加容易理解,我会用一个实例来讲解。请考虑书籍。书籍都有下列属性:
- 标题
- 作者
- 出版商
- 出版年份
- ISBN号
因此结构体book就可以像下面这样定义:
(define-structure book title authors publisher year isbn)
下面演示了如何注册《大教堂与市集(The Cathedral and Bazaar)》。
(define bazaar
(make-book
"The Cathedral and the Bazaar"
"Eric S. Raymond"
"O'Reilly"
1999
0596001088))
然而,这样做多多少少有点不便,因为属性与值的关联并不清楚。参量keyword-constructor
可以用于解决这个问题。下面的代码就是使用这个参量的重写版,这个版本中,属性与值的关联就非常清楚了。更进一步来说,制定这个参量后,参数的顺序就不重要了。
参量copier
可用于为结构体创建一个拷贝(copier)函数。
(define-structure (book keyword-constructor copier)
title authors publisher year isbn)
(define bazaar
(make-book
'title "The Cathedral and the Bazaar"
'authors "Eric S. Raymond"
'publisher "O'Reilly"
'year 1999
'isbn 0596001088))
- 一个名字形如
[结构体名称]?
的函数用于检查某对象是否为特定结构体。例如,可使用函数book?
来检查bazaar
是否为book
结构体的一个实例。
(book? bazaar)
;Value: #t
- 一个名字形如
copy-[结构体名称]
的函数用于拷贝结构体。例如,下面的代码演示了将bazaar
拷贝到cathedral
。
(define cathedral (copy-book bazaar))
- 一个名字形如
[结构体名称]-[属性名称]
的函数用于读取结构体某属性的值。例如,下面的代码演示了如何读取bazaar
的title
属性。
(book-title bazaar)
;Value 18: "The Cathedral and the Bazaar"
- 一个名字形如
set-[结构体名称]-[属性名称]!
用于将某属性设定为特定值。下面的代码演示了如何将bazaar
的year
字段更新到2001(《大教堂与市集》2001年再版)。
(set-book-year! bazaar 2001)
;Unspecified return value
(book-year bazaar)
;Value: 2001
请参阅MIT/GNU Scheme Reference: 2.10 Structure Definitions以获得关于结构体的跟多信息。
14.4 The Mastermind — 一个简单的密码破解游戏
作为向量的示例,我会演示一个简单地密码破解游戏。这是一个猜对手密码的游戏。密码是由0到9中四个不同的数组成的四位数。