第十四章 向量和结构体

[TOC=2] ## 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](http://deathking.github.io/yast-cn/www.gnu.org/software/mit-scheme/documentation/scheme_3.html#SEC41)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。