Scheme 条件语句：if、cond、case

Scheme 提供了三种主要的条件语句：if、cond 和 case。它们用于根据表达式的真假值选择不同的执行路径。理解这三者的区别和适用场景，能让你写出更清晰、更符合 Scheme 风格的代码。

使用 if 处理二选一逻辑

if 是最简单的条件结构，适用于只有“真”和“假”两种结果的情况。

语法格式：

(if <条件表达式> <为真时执行的表达式> <为假时执行的表达式>)

注意：if 必须提供三个部分——条件、真分支、假分支。不能省略假分支。

1. 编写一个判断正数的函数：

   (define (positive-or-not x)
     (if (> x 0)
         "positive"
         "not positive"))

   • 当 x 大于 0 时，返回 "positive"。
   • 否则返回 "not positive"。

2. 嵌套 if 实现多分支（不推荐）：

   (define (sign x)
     (if (> x 0)
         1
         (if (< x 0)
             -1
             0)))

   • 虽然可行，但嵌套会使代码难以阅读。此时应改用 cond。

使用 cond 处理多分支选择

cond 是处理多个条件分支的首选方式，结构清晰，可读性强。

语法格式：

(cond
  (<条件1> <结果1>)
  (<条件2> <结果2>)
  ...
  (else <默认结果>))

每个子句是一个括号包裹的列表，包含一个条件和一个或多个表达式。一旦某个条件为真，就执行其对应的结果表达式，并返回最后一个表达式的值。else 子句作为兜底选项，必须放在最后。

1. 重写 sign 函数使用 cond：

   (define (sign x)
     (cond
       ((> x 0) 1)
       ((< x 0) -1)
       (else 0)))

2. 在 cond 子句中执行多个表达式：

   (define (check-grade score)
     (cond
       ((>= score 90)
        (display "Excellent!\n")
        'A)
       ((>= score 80)
        (display "Good job.\n")
        'B)
       (else 'F)))

   • 每个分支可以包含多个表达式，按顺序执行，返回最后一个表达式的值。

3. 避免遗漏 else 导致未定义行为：

   • 如果所有条件都不满足且没有 else，cond 返回未指定值（通常显示为 #<void> 或类似）。务必添加 else 分支以确保程序健壮。

使用 case 基于精确值进行分发

case 适用于根据某个表达式的具体值（通常是符号、数字或字符串）选择分支。它内部使用 equal? 进行比较。

语法格式：

(case <表达式>
  ((值1 值2 ...) <结果1>)
  ((值3 值4 ...) <结果2>)
  ...
  (else <默认结果>))

• <表达式> 先被求值，然后与每个子句中的值列表进行匹配。
• 匹配成功时，执行对应的结果表达式。
• else 同样作为默认分支，必须放在最后。

1. 根据星期几返回工作状态：

   (define (work-day? day)
     (case day
       ((mon tue wed thu fri) #t)
       ((sat sun) #f)
       (else (error "Invalid day"))))

   • 输入 mon、tue 等符号时返回 #t（是工作日）。
   • 输入 sat 或 sun 返回 #f。
   • 其他输入抛出错误。

2. 匹配数字范围（注意：case 不支持范围，仅支持离散值）：

   (define (digit-name d)
     (case d
       ((0) "zero")
       ((1) "one")
       ((2) "two")
       (else "unknown digit")))

   • 不能写成 ((0 1 2)) 表示范围，这里 (0 1 2) 表示匹配 0、1 或 2 中任意一个值。
   • 若需范围判断（如 0–9），应使用 cond 配合 <= 和 >=。

3. case 的限制：

   • 只能匹配字面量（literals），不能使用变量或表达式作为匹配项。
   • 例如，以下写法是错误的：

     (define x 5)
     (case 5
       ((x) "matched")) ; 错误！这里匹配的是符号 'x'，不是变量 x 的值

三者对比与选择建议

选择原则：

1. 只有两个结果？ → 使用 if。
2. 需要判断多个不相关的条件（如 x > 0、y < 10、(null? lst)）？ → 使用 cond。
3. 根据一个表达式的具体值（如 'start、'stop、42）做选择？ → 使用 case。

避免常见错误：

• 不要用 case 判断范围或复杂条件。例如，判断成绩等级应使用 cond，而非试图在 case 中列出所有分数。
• 不要在 if 中省略 else 分支，除非你明确知道后果（比如只关心副作用且 false 时无需操作）。
• 不要在 cond 或 case 中遗漏 else，除非你能保证所有可能情况都被覆盖。

实战示例：统一处理用户输入

假设你要解析用户输入的命令，可能是 'start、'stop、'restart 或无效命令。

(define (handle-command cmd)
  (case cmd
    ((start)
     (display "Starting service...\n")
     'started)
    ((stop)
     (display "Stopping service...\n")
     'stopped)
    ((restart)
     (handle-command 'stop)
     (handle-command 'start)
     'restarted)
    (else
     (display "Unknown command: ")
     (write cmd)
     (newline)
     'error)))

• 使用 case 因为命令是离散的符号。
• restart 分支调用了两次 handle-command，展示了 case 支持多表达式。
• else 分支处理非法输入，保证程序不会静默失败。

记住：if 用于简单二分，cond 用于通用多条件，case 用于值匹配。根据问题本质选择最合适的结构，代码自然简洁可靠。