Lisp 循环：loop、do、mapcar

掌握 Lisp 循环是提高编程效率的关键。Lisp 提供了多种循环构造，每种都有其独特用途。本文将详细介绍 loop、do 和 mapcar 三种主要循环方法。

loop 构造

loop 是 Lisp 中最强大、最灵活的循环构造，它提供了丰富的语法来完成各种迭代任务。

基本语法：

(loop for <变量> from <起始> to <结束> do <表达式>)

创建 一个简单的计数循环：

(loop for i from 1 to 5 do
      (print i))

执行 结果将打印数字 1 到 5。

loop 高级用法

使用 收集子句存储结果：

(loop for i from 1 to 5
      collect (* i i))

生成 包含平方值的列表：(1 4 9 16 25)

添加 条件筛选：

(loop for i from 1 to 10
      when (evenp i)
      collect i)

返回 偶数列表：(2 4 6 8 10)

组合 多种条件：

(loop for x from 1 to 10
      for y from 10 downto 1
      when (< x y)
      collect (list x y))

产生 所有 x < y 的配对列表。

使用 终止条件：

(loop for i from 1
      when (> i 10)
      return i
      do (print i))

打印 1 到 10 后返回值 11。

do 构造

do 是 Lisp 中传统的循环构造，类似于其他编程语言中的 for 循环，结构清晰直观。

基本语法：

do ((<变量1> <初始值1> <更新表达式1>)
    (<变量2> <初始值2> <更新表达式2>)
    ...)
  (<终止条件> <返回值>)
  <循环体>)

创建 简单计数循环：

(do ((i 1 (+ i 1)))
    ((> i 5) nil)
  (print i))

打印 数字 1 到 5。

实现 累加功能：

(do ((sum 0 (+ sum i))
     (i 1 (+ i 1)))
    ((> i 10) sum)
  (print i))

计算 1 到 10 的和并返回结果。

处理 多个变量：

(do ((x 1 (+ x 1))
     (y 10 (- y 1)))
    ((> x y) (list x y))
  (format t "~a ~a~%" x y))

显示 x 和 y 的值，直到 x 大于 y。

使用 终止条件：

(do ((i 1)
     (result nil))
    ((null result) result)
  (if (> i 10)
      (setf result (list i))
      (print i)))

返回 当 i 大于 10 时的列表。

mapcar 函数

mapcar 是一种函数式编程风格的"循环"，它对列表中的每个元素应用函数并返回结果列表。

基本语法：

mapcar '<函数> '<列表1> '<列表2> ...)

应用 单个列表：

(mapcar #'(lambda (x) (* x x)) '(1 2 3 4 5))

返回 平方值列表：(1 4 9 16 25)

处理 多个列表：

(mapcar #'+ '(1 2 3) '(4 5 6))

返回 对应元素和的列表：(5 7 9)

组合 复杂函数：

(mapcar #'(lambda (x y) (list x y (* x y))) 
        '(1 2 3) 
        '(4 5 6))

返回 包含元素及其乘积的列表：((1 4 4) (2 5 10) (3 6 18))

用于 转换数据结构：

(mapcar #'(lambda (person) 
            (list (first person) 
                  (getf (rest person) :age)))
        '((john :age 25) 
          (mary :age 30)
          (bob :age 18)))

提取 每个人的姓名和年龄。

三种循环比较

三种循环方式各有特点，适合不同场景：

选择 循环方式：

• 当需要复杂条件判断和多种操作时，使用 loop
• 当需要传统计数循环时，选择 do
• 当处理列表转换时，采用 mapcar

实际应用示例

处理 文件中的每行：

(with-open-file (stream "data.txt" :direction :input)
  (loop for line = (read-line stream nil nil)
        while line
        do (process-line line)))

读取 文件并处理每行内容。

计算 列表元素统计：

(let ((numbers '(3 1 4 1 5 9 2 6)))
  (list :count (length numbers)
        :sum (reduce #'+ numbers)
        :average (/ (reduce #'+ numbers) (length numbers))))

返回 列表的计数、总和和平均值。

应用 多个转换步骤：

(let ((data '("1" "2" "3" "4" "5")))
  (mapcar #'(lambda (x) 
              (* (parse-integer x) 2))
          (mapcar #'(lambda (x) 
                      (concatenate 'string "Num-" x))
                  data)))

转换 字符串为数字并乘以2，结果：(2 4 6 8 10)

组合 循环方式处理复杂数据：

(let ((data '((a 1) (b 2) (c 3) (d 4))))
  (loop for item in data
        for key = (first item)
        for value = (second item)
        when (evenp value)
        collect (list key (* value value))))

筛选 偶数值并返回键值对，平方处理后的结果：((b 4) (d 16))