Funktionale Programmierung und Metaprogrammierung: Interaktiv in Common Lisp

392 Pages·2016·3.64 MB·German

by  Patrick M. Krusenotto (auth.)

Patrick M. Krusenotto
Funktionale
Programmierung und
Metaprogrammierung
Interaktiv in Common Lisp
Funktionale Programmierung und
Metaprogrammierung

Patrick M. Krusenotto
Funktionale
Programmierung und
Metaprogrammierung
Interaktiv in Common Lisp
PatrickM.Krusenotto
Rheinbach
Deutschland
ISBN978-3-658-13743-4 ISBN978-3-658-13744-1(eBook)
DOI10.1007/978-3-658-13744-1
DieDeutscheNationalbibliothekverzeichnetdiesePublikationinderDeutschenNationalbibliografie;detaillierte
bibliografischeDatensindimInternetüberhttp://dnb.d-nb.deabrufbar.
SpringerVieweg
©SpringerFachmedienWiesbaden2016
DasWerkeinschließlichallerseinerTeileisturheberrechtlichgeschützt.JedeVerwertung,dienichtausdrücklich
vomUrheberrechtsgesetzzugelassenist,bedarfdervorherigenZustimmungdesVerlags.Dasgiltinsbesondere
fürVervielfältigungen,Bearbeitungen,Übersetzungen,MikroverfilmungenunddieEinspeicherungundVerar-
beitunginelektronischenSystemen.
DieWiedergabevonGebrauchsnamen,Handelsnamen,Warenbezeichnungenusw.indiesemWerkberechtigt
auchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme,dasssolcheNamenimSinnederWarenzeichen-
und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden
dürften.
DerVerlag,dieAutorenunddieHerausgebergehendavonaus,dassdieAngabenundInformationenindiesem
WerkzumZeitpunktderVeröffentlichungvollständigundkorrektsind.WederderVerlag,nochdieAutorenoder
dieHerausgeberübernehmen,ausdrücklichoderimplizit,GewährfürdenInhaltdesWerkes,etwaigeFehleroder
Äußerungen.
GedrucktaufsäurefreiemundchlorfreigebleichtemPapier
SpringerViewegistTeilvonSpringerNature
DieeingetrageneGesellschaftistSpringerFachmedienWiesbadenGmbH
DieAnschriftderGesellschaftist:Abraham-Lincoln-Strasse46,65189Wiesbaden,Germany
FürAlexander,AnsgarundDoro

Vorwort
Ein Draufgänger von 21 Jahren und Schüler des Mathematikers John McCarthy schuf
Endeder50erJahreaneinemdererstenComputermitKernspeicher,einerIBM704,das
ersteLISP-System.DieserManngehörtzuderSorteProgrammierer,diederunglaublichen
Faszination erliegen, die programmierbare Computer auf kreative Menschen ausüben
können.
LISPisteigentlicheinZufallsprodukt,dennSteveRussell,vondemhierdieRedeist,
hatteeineArbeitsgrundlagegewählt,dieniemandemvorihmindenSinngekommenwar,
auch nicht dem großen John McCarthy. Als Russell die Tragfähigkeit seiner Idee klar
wurde,machteersichpromptandieArbeit.
Später sollte Steve Russell noch Continuations erfinden und 1962 das erste grafische
ComputerspielderWelt,Spacewar!,entwickeln.
SeitjenemFrühjahr1959,einJahrnachdemStartvonSputnikI,habenderMauerbau,
dieKubakrise,dieSpiegelaffäre,diechinesischeKulturrevolution,die68erStudentenre-
volte, Mondlandung, Woodstock, der Watergate-Skandal, die Ölkrise, der Vietnamkrieg,
Baader/Meinhof, Perestroika, Mauerfall und Wiedervereinigung, Golfkrieg, der Völker-
mord in Ruanda, der Durchbruch des Internets, der 11. September, der Tsunami im In-
dischenOzeanunddieFlüchtlingskrisestattgefunden.
IndiesemBuchwerdeichversuchen,dieeinzigartigeIdeehinterLISPzuvermitteln,
die dazu geführt hat, dass diese Computersprache zu Zeiten des Poetry-Slams genauso
nötigist,wiezuZeitenvonSputnikI.
Zurück zu dem, was Steve Russell vor allen Anderen erkannt hatte. Vorausgegan-
gen war dieser unerwarteten Umsetzung eine längere Forschungsarbeit seitens John
McCarthys,diezumZielhatte,eineProgrammiersprachefürdieArbeitmitsymbolischen
Ausdrücken zu entwickeln. Was derzeit an Programmiersprachen zur Verfügung stand,
war zwar gut geeignet, um mit Zahlen und Matrizen umzugehen, die Unterstützung für
symbolischeMathematikwarabernahezugleichNull.DerWunsch,hierfüreinWerkzeug
zuhaben,ergabsichganzpraktischdaraus,dasszweiJahrefrüheramDartmouthCollege
inHanoverdiekoordinierteForschungaufdemGebiet„KünstlicheIntelligenz“begonnen
hatte.
McCarthy und sein Team brauchten dazu eine neue Programmiersprache, die es
gestattete,nichtnurmitZahlen,sondernauchmitRegelnzurechnen.Regelnverknüpfen,
vii
viii Vorwort
RegelnmitRegelnbearbeiten,denComputerMathematikbetreibenzulassen,anstattbloß
mitihmzurechnen,daswares,wasMcCarthywollte.
Steve Russells Entdeckung war nun die, dass die sogenannte universale Funktion
verwendet werden kann, um einen LISP-Interpreter zu programmieren. In LISP selbst
heisst sie „eval“ und sie berechnet einen symbolischen Ausdruck unter Gültigkeit einer
beliebigen, vorgegebenen Variablenbelegung. Aufgestellt worden war diese Funktion,
derenWesendarinbesteht,dieSpracheLISPzuverstehen,alsLISP-ProgrammvonJohn
McCarthy.DastaterabernurausdemGrund,dieVollständigkeitseinerneuentwickelten
Sprachenachzuweisen,diezudieserZeitnocheinreinerPapiertigerwar.
Für die Umsetzung plante McCarthy statt dessen die Entwicklung eines LISP-
Compilers, was bis heute – und 1959 zumal – ein größeres Unterfangen ist. Was
er selbst aber nicht gesehen hatte, war, dass man nur die „universale Funktion“
in die Maschinensprache der IBM 704 übersetzen musste, um einen arbeitsfähigen
LISP-Interpreter zu erhalten. Dazu bedurfte es eines Praktikers wie Russell. Das erste
LISP-Systemwargeboren.
VielleichtistdasauchderGrund,warumLISPheutesovollkommenunprätentiösdaher
kommt.KonventionellenProgrammiersprachenistofteinebemerkenswerteUmständlich-
keitzueigen,diedeneigentlichenInhalteinesComputerprogrammszurUnkenntlichkeit
vernebeln kann. Diese Umständlichkeit folgt dann einem aufwändigen Regelwerk, von
dem man argwöhnen kann, dass es nur geschaffen wurde, um dem Programmierer das
Lebenschwerzumachen.
EinhaarsträubendesBeispieldieserabsurdenFehlentwicklung,dasichanführenmöch-
te, ist eine Java-Klasse namens AbstractSingletonProxyFactoryBean aus
einemwichtigenJava-Framework.Machtmansicheinmalklar,dassComputerprogramme
eigentlichdazudasind,etwasNützlicheszutun,undhiereinStückSoftwareentstanden
ist, das – sage und schreibe – fünf reine Verwaltungskonzepte in einen operativen Zu-
sammenhang stellt, dann ist es, wie ich finde, an der Zeit, besorgt Fragen zu stellen.
DabeigiltdieKritiknochnichteinmaldemAutordieserJava-Klasse,diefürdiesenmit
SicherheitSinnmacht,sonderneinerSoftware-Welt,diesolcheKonstruktionenüberhaupt
ersterforderlichwerdenlässt.
Dem gegenüber ist LISP für manchen Programmierer geradezu schockierend direkt.
AusreinökonomischenGründeneinerseitsundGründenderBeherrschbarkeitunddamit
der Sicherheit unserer Softwaresysteme andererseits brauchen wirdieseDirektheit heute
mehrdennjewiederzurückinderSoftwareentwicklung.DennAufgabenstellungensind
bemerkenswerterweise niemals indirekt und darum sollten wir wieder lernen, sie mit
direktenLösungenzubeantworten.So,wieSteveRusselles1959tat.
Von diesem Ansinnen handelt dieses Buch, mit dem ich Sie dazu bringen will, Ihren
PCanzuwerfenundsichmitLISP,genauermitCOMMONLISPzubefassen,dennLISPist
wahrscheinlichdiemächtigsteComputerspracheallerZeiten.
Mit COMMON LISP werden Sie nach relativ kurzer Zeit Dinge tun, über die Andere
noch nicht einmal nachdenken. Und Sie werden das in einer Weise tun, die sich andere
Vorwort ix
Leute eventuell sogar verbieten würden, ohne dass sie genau sagen können, warum ei-
gentlich.
LISP ist die Avantgarde der Computerprogrammierung. Während konventionelle Pro-
grammiersprachen überall heilige Kühe aufstellen, um uns zu sagen was man alles nicht
tunsoll,trittLISPanunszuzeigen,dasseinComputerdafürdaist,ihnzubenutzenund
nicht,umRegelnüberseineBenutzungauswendigzulernen.DiemeistenProgrammierer,
diesichaufdiesesAbenteuereingelassenhaben,bestätigen,dassesihnenmehrgebracht
hatalsdasStudiumjederanderenProgrammiersprache.
Im Kern ist LISP zwar eine simple Computersprache (vielleicht die simpelste über-
haupt), aber die Möglichkeiten, die daraus erwachsen, sind nicht immer leicht zu über-
schauen. Das ist etwa so wie beim Fußball: Selbst wenn man die Physik eines Fußballs
auf vielleicht zehn DIN-A4-Seiten beschreiben und aus diesen auch wieder verstehen
kann,werdenSiedurchderenLektürealleineinvernünftigesDribblingnieerlernen.Das
trifftfürLISPmehrzu,alsfürkonventionelleProgrammiersprachen.EinLISP-Interpreter
umfasst (in LISP geschrieben) nicht mehr als eine Seite Code. Die Dynamik, die daraus
entspringt,wirklichzunutzen,istallerdingseineSachelängererÜbung.
SiewerdenbeimStudiumdieserSprachevieleAha-Effektehaben.Siewerdenauchviel
Neueskennenlernen,denndarüberhinausistderSprachumfangvonCOMMONLISPnicht
derKleinste.DieElternvonCOMMONLISPgabendieserSprachevielepraktischrelevante
Eigenschaftenmit,umCOMMON LISP zudemwerdenzulassen,wasdieQualifizierung
Industrie-StandardvoneinerComputerspracheverlangendarf.
Danksagung
MehrerePersonenhabenzurEnstehungdiesesBuchesdirektbeigetragen.Teilsdurchkon-
krete Hilfestellung, teils durch Korrekturen, Kritik und Vorschläge. Danke an Alexandra
DoldfürihreVerbesserungenanmeinerDarstellung.DankeanDoroHüberfürsprachliche
und Leon Hüber für inhaltliche Korrekturen. Alexander Krusenotto und Edmund Weitz
danke ich für hilfreiche Kritik sowie Manfred Winkler für die Unterstützung bei nicht-
fachlichen Einzelheiten. Doro und meinen Freunden danke ich für das motivierende
Interesse, dass sie diesem Projekt während seiner Entstehung immer wieder entgegen-
gebrachthaben.
Schließlich bedanke ich mich bei dem Team, das Emacs org-mode und org-babel
geschrieben hat und pflegt. Diese Software ist ideal dazu geeignet, ein Buch wie dieses
zuschreiben.
Rheinbach,Juni2016 PatrickM.Krusenotto