이민석/리스프 (rev. 1.7)

이민석/리스프

A Gentle Introduction To Symbolic Computation: http://www.cs.cmu.edu/~dst/LispBook/

읽으면서 정리해보자

서문 ¶

리스프는 인공지능 연구의 주요 언어로 유명하다
염두에 둔 독자: 프로그래밍 입문하는 학생 / 심리학자, 언어학자, 컴퓨터 과학자 등 인공지능에 관심 있는 사람들 / 취미로 컴퓨터 하는 사람
책의 구성
- 1, 2장: 상자, 화살표 표기로 기초적인 함수, 함수 합성 설명
- 3장: EVAL 표기
- 8장까지는 부수효과 없는 프로그래밍
- 9장: 입출력
- 10장: ordinary variables, generalized variables, destructive sequence operations.
- 11장: 반복(DO, DO*)
- 12장: 구조
- 13장: 배열, 해시테이블, property list
- 14장: 매크로, 컴파일, lexical scoping과 dynamic scoping의 차이
간략화
- Common Lisp는 복잡한 언어라 적당히 간략화한 것들이 있다
- 1+와 1-는 이름이 혼란스러워 뺐다
- EQUAL을 주로 사용. EQ, EQL, EQUALP, =는 고급 주제에서 논의
- 잘 알려지지 않은 PUSHNEW 같은 원시형을 사용하느니 함수를 좀 더 풀어쓴 것이 몇 군데 있다
- 가장 고급 주제인 multiple value나 package system은 다루지 않는다

PDF 파일에 목차가 없어 ㅡㅡ

1장. 함수와 데이터 ¶

1장 요약 ¶

산술 함수: +, -, *, /, ABS, SQRT
숫자형: 정수(integer), 부동소수점수(floating number), 비율수(ratio)
- 정수로 산술 연산을 하면 결과는 정수 또는 비율수다.
- 3/6 = 1/2 <- 이게 ratio
- 3/6.0 = 0.5
심볼: 숫자 이외의 또다른 자료형
- 특수 심볼: T는 참 또는 긍정, NIL은 거짓 또는 부정
- T 또는 NIL을 반환하는 함수는 술어식(predicate)
기본적인 내장 함수들
- NUMBERP: 데이터가 숫자형인가?
- SYMBOLP: 데이터가 심볼인가?
- 숫자형 전용 술어식들: ZEROP(영), ODDP(홀수), EVENP(짝수)
- 크기 비교: <. >
- 항등 비교: EQUAL
- 내장 함수들은 원시 함수(primitive function) 또는 그냥 primitive라고 부른다
- 입력에서 1을 더하거나 빼는 1+, 1- 함수가 있지만 이 책에선 쓰지 않겠다. 헷갈림
- 부정: NOT(NIL은 T로, NIL이 아닌 모든 것은 NIL으로)
  - 그럼 NOT(NOT(5))는 5가 아니라 T인가?
함수의 인자 개수
- ODDP의 인자는 딱 1개, EQUAL은 2개
- +, -, *, /의 인자 개수는 여러 개
  - +의 인자가 2, 3, 4면 2랑 3부터 더하고 여기에 4를 더한다
  - -, /의 인자가 하나인 경우
    - -의 인자가 n이면 결과는 0에서 n 뺀 거
    - /의 인자가 n이면 결과는 1에서 n 나눈 거
  - 타 언어는 산술 연산이 이항 연산이고 2+3+4는 단순히 (2+3)+4로 처리되는데
  - 리스프는 + 자체가 n항 연산이 될 수 있다는 건가???
오류: 3이랑 FRED를 더할 수 없고, EQUAL의 인자를 한 개만 넘기면 안 되고, 0으로 나누면 안 되고.

1장 고급 주제 ¶

리스프의 역사
- 1956년 Dartmouth 대학에서 여름에 열린 인공지능 관련 연구 모임에서 존 매카시가 "list processing"이란 기법을 배웠다
  - 1950년대에는 어셈블리어로 프로그래밍을 했지
  - "list processing"을 발표한 사람들은 심볼과 리스트를 다루는 보다 추상적인 IPL이란 언어를 만들었다
  - 그 문법이 어셈블리어에 가까워서 괴상했다
- 한편 수치적 계산에 특화된 FORTRAN이 개발되고 있었다
  - 어셈블리어는 Y = (X + 5) * 10 하려면 LOAD Y, X -> ADD Y, 5 -> MULT Y, 10 라고 써야 하는데
  - FORTRAN은 그냥 Y = (X + 5) * 10 이라고 쓰면 된다. 표현식(expression)의 작성이 가능하다는 뜻
  - 그 당시에는 이 개념이 혁명이였다더라
  - 존 매카시: 나도... 나도 이런 거 만들 거야!
    - FORTRAN에 리스트 조작을 위한 특별한 하위루틴들을 추가하면 어떨까?
    - IBM의 Herbert Gelerntner와 Carl Gerberich가 이 아이디어를 따와 FLPL을 만듦
    - 매카시는 IPL, FORTRAN, FLPL을 토대로 LISP를 설계
- Lisp 1.5는 처음으로 널리 퍼진 리스프 방언
- 1960년대 중반부터 온갖 리스프 방언이 생기기 시작
  - MacLisp, Interlisp, Stanford Lisp 1.6, UCI Lisp...
  - 모두 Lisp 1.5을 확장한 것. 하지만 서로 호환이 하나도 안 된다
- 1970년대: ALGOL계 언어의 특징들과 리스프의 문법을 결합한 Scheme이 나왔어요
  - 그리고 또다시 Scheme의 방언들이 우후죽순 생겨나기 시작했다
- 1980년대: 널리 쓰이는 리스프 방언만 해도 수두룩한데... 뭘 써야 하지?
  - 만국공용어를 만들자!!!
  - 1984년 Common Lisp 초안 발표
  - 학술계에서도 산업계에서도 빠르게 주류로 성장
  - 지금은 Common Lisp 때문에 Scheme 빼고 거진 다 죽었지렁
많은 프로그래밍 아이디어가 리스프에서 출발할 것
- 인터프리터 함수와 컴파일 함수의 결합
- 함수 재귀 호출
- 소스 수준 추적 & 디버깅
- 문법 지향 편집기
- 오늘날의 리스프는 함수형, 객체지향, 병렬 프로그래밍 연구의 선두 주자

2장. 리스트 ¶

2장 요약 ¶

Lisp는 List Processor라는 뜻
리스트는 가장 다재다능한(versatile) 타입이다
- 집합, 테이블, 그래프, 영어 문장 등 뭐든지 표현 가능
- 함수도 리스트로 표현 가능
모든 리스트는 두 가지 형태를 가진다
- printed representation
  - 사람이 키보드로 쓰기 편한 형식
- internal representation
  - 실제로 메모리에 거주하는 형식
- 리스트의 예: (RED GREEN BLUE), (AARDVARK), (2 3 5 7 11 13 17)
- 메모리에서의 실제 형태: 셀(cell)마다 원소를 가리키는 포인터, 다음 셀을 가리키는 포인터를 가진다
- 마지막 셀은 NIL을 가리킨다
- [PNG image (5.19 KB)]
- 포인터는 대개 4바이트이므로 셀은 8바이트
- 중첩 리스트
  - ((BLUE SKY) (GREEN GRASS) (BROWN EARTH))
  - [PNG image (13.3 KB)]
- 리스트의 길이: 원시 함수 LENGTH를 이용
- 빈 리스트는 NIL로 표현
- 사실 NIL은 ()다. NIL과 빈 리스트는 동치
- NIL은 심볼이자 리스트인 유일한 존재
- 리스트의 원소 얻기
  - FIRST, SECOND, THIRD 함수: 첫 번째, 두 번째, 세 번째 원소
  - REST 함수: 첫 번째를 제외한 나머지 리스트
  - FIRST는 CAR와 같고 REST는 CDR과 같다.
    - CAR, CDR이라는 이름은 리스프가 처음에 트랜지스터도 없어서 진공관 쓰는 컴퓨터에서 작동할 때 쓴 말
    - CAR: Contents of Address portion of Register
    - CDR: Contents of Decrement portion of Register (카우더cou-der라고 발음)
    - 요즘 컴퓨터에는 맞지 않지만 아직도 쓴단다
    - CADR: CDR 다음에 CAR (kae-der라고 발음)
    - CDAR: CAR 다음에 CDR (cou-dar)
    - CADDR: CDR 다음에 CDR 다음에 CAR (ka-dhi-der)
    - 이게 뭐야 ㅡㅡ
    - [PNG image (46.71 KB)]
    - CAR와 CDR에 NIL을 입력하면 NIL이 출력된다
      - 에러가 아니구요???
      - 이게 더 좋대
- 리스트 생성
  - CONS는 한 데이터와 리스트를 받아서 그 데이터를 첫 번째 원소로 끼워넣은 리스트를 반환한다
  - x = CONS of (CAR of x) and (CDR of x)
  - LIST는 임의 개수의 원소를 받아 그것들의 리스트를 생성한다
- 리스트 술어식
  - LISTP: 입력이 리스트인가?
  - CONSP: 입력이 cons cell인가?
    - LISTP와 비슷하지만, NIL은 리스트인 반면 cons cell이 아니다
  - ATOM: 입력이 cons cell이 아닌가? (CONSP의 부정)
  - NULL: 입력이 NIL이면 T 반환. NOT과 동치.
    - 논리 연산에는 NOT을, 리스트 연산에는 NULL을 사용하는 관례가 있다

2장 고급 주제 ¶

리스트를 이용한 1진법 산술
- 0 = NIL, (X) = 1, (X X) = 2, (X X X) = 3...
- REST는 1 빼기. 단 0 빼기 1은 0
- LENGTH는 실제 숫자로 변환
- 이걸 어따 써먹죠
진리스트(proper list)는 NIL로 끝나는 리스트
- NIL로 안 끝나는 리스트는? dotted list
- A와 B의 CONS : (A . <- dotted pair
- LIST는 진리스트만 생성 가능. CONS는 Dotted list를 만들 수 있다
순환 리스트(circular list)도 있다
- 원소 A, B, C가 있는데 C를 포함하는 cell이 다시 A를 포함하는 cell을 가리키면?
- sharp-equal notation: #1=(A B C . #1#) 라고 표기한다
(A B C . D)의 LENGTH는 4가 아니라 3
순환 리스트의 LENGTH는 무한 루프

하루에 한 챕터씩 읽을려고 했는데 이상한 거 코딩하다가 못 했네 ㅡㅡ 3장은 내일

3장 EVAL 표기 ¶

3장 요약 ¶

함수를 그림으로 그리지 말고 리스트로 표현하자
리스프에서 함수는 데이터다
EVAL 표기를 정복했으면 리스프를 통해 컴퓨터와 대화하는 데 필요한 건 대부분 알게 된 셈
EVAL 함수는 리스프의 핵심이다
- 리스프 표현식을 평가해서 결과값을 내놓는다
- 함수 뒤에 입력값들이 따라오는 형식
- 표현식 (+ 2 3)는 5로 평가된다
- (+ 1 6) => 7
- (oddp (+ 1 6)) => t
- (* 3 (+ 1 6)) => 21
- (/ (* 2 11) (+ 1 6)) => 22/7
EVAL의 동작을 정의하는 평가 규칙들
- 숫자형, T, NIL은 그 자신으로 평가된다
- 리스트의 첫 원소는 함수, 나머지는 그 함수에 전달되는 아직 평가되지 않은 인자다
  - 인자들은 왼쪽에서 오른쪽으로 평가된다
- 심볼은 그 심볼이 가리키는 변수의 값으로 평가된다
- (ODDP (+ 1 6))의 evaltrace diagram(평가추적도표?)
  
  [PNG image (12.47 KB)]
EVAL 표기로 함수 정의하기
- 두 수의 평균을 구하는 AVERAGE 함수: (defun average (x y) (/ (+ x y) 2.0))
  - defun은 매크로 함수로서 그 인자를 평가하지 않는다
  - defun은 함수를 정의하기 위한 함수다
    - 첫 번째 인자는 함수 이름
    - 두 번째 인자는 인자 목록
    - 세 번째 인자는 함수 몸체
  - 이제 (AVERAGE 6 8) 처럼 쓸 수 있다
- T와 NIL을 제외한 거의 모든 심볼을 인자 이름으로 쓸 수 있다
변수: 데이터가 저장되는 공간
- (defun average (x y) (/ (+ x y) 2.0))에서 x와 y가 변수
- 변수는 심볼이 아니다
- 심볼을 가지고 변수에 이름을 붙인 것
  - 리스프 프로그래머들이 "어떤 변수가 어떤 값으로 평가된다"고 말할 때
  - 사실은 "심볼이 그 심볼이 가리키는 변수의 값으로 평가된다"고 말하는 것
- average란 심볼을 가지고 함수에 이름을 붙인 것
- x, y 변수는 average 함수 안에서만 사용 가능
  - 머 흔히 말하는 스코프 개념이겠지
- 전역 변수: 어떤 함수와도 엮이지 않은 변수
  - 예: PI = 3.14159
- 값이 할당되지 않은 변수의 값을 요구하면 "미할당 변수 오류(unassigned variable error)"가 발생한다
  - "unbound variable error"라고 하는 사람들도 있지만 이건 역사적인 용어라 Common Lisp에 맞지 않음
  - 그럼 CAR니 CDR은 왜 쓰는 건데 ㅡㅡ
  - Common Lisp에는 EGGPLANT라는 내장 변수가 없으며 EGGPLANT 심볼을 평가하면 오류가 발생한다
  - 심볼이 왜 자꾸 문단에선 대문자로 나왔다 코드에선 소문자로 나왔다 하는 거야 뭐가 맞는 거야
심볼과 리스트를 데이터로 활용하기
- 심볼 KIRK과 SPOCK이 같은 지 비교하고 싶어요
- (equal kirk spock) 라고 쓰면 되지
- 아니, KIRK이라는 심볼과 SPOCK이라는 심볼 자체를 비교하고 싶다니까요
- 아ㅋ (equal 'kirk 'spock) 따옴표를 붙여
  - T와 NIL은 그 자신으로 평가되기 때문에 따옴표를 붙일 필요가 없다
- Quoted Object의 평가 규칙: 따옴표를 뗀 자신으로 평가된다
- (third (my aunt mary)) => Error! MY undefined function.
  (third '(my aunt mary)) => mary
- 그러니까 따옴표는 평가되는 걸 막는다는 뜻인가
- 리스트를 만드는 세 가지 방법
  - '(foo bar baz) => (foo bar baz)
  - (list 'foo 'bar 'baz) Þ (foo bar baz)
  - (cons 'foo '(bar baz)) Þ (foo bar baz)
- 이런 건 오류
  - (list foo bar baz) => Error! FOO unassigned variable.
  - (foo bar baz) => Error! FOO undefined function.
  - ('foo 'bar 'baz) => Error! 'FOO undefined function.
  - 슬슬 멘붕온다 겁나 헷갈린다
READ-EVAL-PRINT LOOP(REPL)
- 그냥 콘솔에 뭐 치면 읽고 평가하고 출력 많이 하던 거네
리스프 프로그래밍 환경
- 코드 에디터: 괄호 오류 잘 찾아주는 거
  - 딱 봐도 괄호 땜에 오류 겁나 쏟아지게 생길 언어네

3장 고급 주제 ¶

인자 없는 함수
- 85에 97을 곱하는 함수를 정의하고 싶은데요
  - (defun test () (* 85 97))
특수 함수 QUOTE
- QUOTE의 인자는 평가되지 않는다
- (quote foo) => foo
- 따옴표랑 같은 거 아냐
  - (cons 'up '(down sideways))
  - (cons (quote up) (quote (down sideways)))
심볼의 내부 구조
- CONS 심볼은 자신의 function cell에 함수 포인터를 가진다
  
  [PNG image (11.92 KB)]
- (EQUAL 3 5)를 cons cell 연쇄로 표현
  
  [PNG image (5.05 KB)]
- 더 자세히 표현하면?
  
  [PNG image (16.98 KB)]
- 내장 함수 SYMBOL-NAME과 SYMBOL-FUNCTION
람다 표기
- 프린스턴 대학의 수학 교수 처치가 창안
- 리스프의 원작자 존 매카시는 처치의 학생이여따
- x + 3을 람다로 표현하면 (lambda (x) (+ 3 x))
- DEFUN이랑 비슷한데?
  - LAMBDA는 함수가 아니다 --뭐라구요
  - EVAL이 특별 취급하는 마커_marker
- DEFUN의 역할은 이름과 함수를 엮어주는 것
  - HALF라는 새로운 함수를 정의할 때
    - 문자열 "HALF"는 심볼의 이름
    - 심볼 HALF는 함수의 이름
      
      [PNG image (35.53 KB)]
원시 함수 EVAL
- (eval '(+ 2 2)) => 4
- '(list '* 9 6)) => (list '* 9 6)
  (eval '(list '* 9 6)) => (* 9 6)
  (eval (eval '(list '* 9 6))) => 54
원시 함수 APPLY
- 함수와 인자 목록을 인자로 취해서
- 그 인자 목록을 가지고 함수를 호출한다
- (apply #'+ '(2 3)) => 5
  - 함수를 다른 함수의 인자로 넘길 때는 '가 아니라 #'를 써야 한다
  - 7장에서 알려줄게

4장. 조건문 ¶

4장 요약 ¶

조건문은 모두 특수 함수 또는 매크로이기 때문에 인자들이 자동 평가되지 않는다
- 3장에서 본 DEFUN, QUOTE 함수도 그런 성질을 가진다
- +, CONS 같은 함수는 항상 인자를 평가한다
특수 함수 IF
- 문법: (if (test) (true-part) (false-part))
- 절댓값 함수: (defun my-abs (x) (if (< x 0) (- x) x))
- 세 번째 인자 즉 false-part는 생략할 수 있다. 이 경우 NIL로 처리된다.
COND 매크로
- 간략한 형태
  
  (COND (test-1 consequent-1)
  (test-2 consequent-2)
  (test-3 consequent-3)
  ....
  (test-n consequent-n))
- test-1이 참이면 consequent-1로 평가됨
- 아니면 test-2를 확인해보고 참이면 consequent-2로 평가됨
- ... 그렇게 test-n까지 반복
- test-n까지 거짓이면 NIL로 평가됨
- (defun compare (x y) (cond ((equal x y) 'numbers-are-the-same) ((< x y) 'first-is-smaller) ((> x y) 'first-is-bigger)))
- test-n에 T를 넣으면 consequent-n이 무조건 실행됨을 보장
- (IF test true-part false-part) = (COND (test true-part) (T false-part))
AND 매크로와 OR 매크로
- (and clause-1 clause-2 ... clause-n)
  - clause-1이 NIL이면 NIL로 종료. 아니면 계속
  - clause-2이 NIL이면 NIL로 종료. 아니면 계속...
  - clause-n이 NIL이면 NIL로 종료. 아니면 clause-n의 값 반환
  - (and 1 2 3 4 5) => 5
- (or clause-1 clause-2 ... clause-n)
  - clause-1이 NIL이 아니면 clause-1의 값 반환. NIL이면 계속
  - clause-2이 NIL이 아니면 clause-2의 값 반환. NIL이면 계속
  - ...
  - clause-n이 NIL이 아니면 clause-n의 값 반환. NIL이면 NIL 반환
  - (or 'george 'fred 'harry) => george
  - (or nil 'fred 'harry) => fred
- clause-x에서 평가가 끝나면 그 뒤의 clause들은 평가되지 않는다
  - (defun posnump (x) (and (numberp x) (plusp x)))
  - (numberp x)가 NIL이면 plusp는 실행되지 않는다
  - 만약 부수효과가 있는 코드라면... 신중해야 할 것
  - 리스프에서 부수효과를 어떻게 일으키는지 아직은 모르지만
  - 참고로 PLUSP는 숫자가 양수인지 확인하는 술어식
리스프 도구: STEP
- 리스프 표현식의 평가 과정을 단계별로 보여준다. 디버깅용

4장 고급 주제 ¶

불리언 함수
- (defun logical-and (x y) (and x y t))
  - (logical-and 'tweet 'woof) => t
  - (and 'tweet 'woof) => woof
드 모르강의 법칙
- (and x y) = (not (or (not x) (not y)))
- (or x y) = (not (and (not x) (not y)))
- 난 법칙이라고 배웠는데 영어로는 theorem이네... theorem은 정리 아닌감
- T, NIL에 대한 논리 연산일 때만 성립
  - (not (not fred))는 fred가 아니라 T다

5장. 변수와 부수효과 ¶

5장 요약 ¶

변수는 어떻게 생성되고 그 값은 어떻게 변해가는가?
'''부수효과^{side effect}: 함수가 값을 반환하는 것 외에도 추가로 취하는 행동^action
- 변수의 값을 바꾸는 것은 부수효과의 일종
모든 변수는 스코프^scope를 가진다
- 함수 몸체 내의 변수들은 지역 변수^{local variable}
매크로 함수 SETF: 변수에 값을 할당한다
- (setf vowels '(a e i o u))
- (setf vowels '(a e i o u and sometimes y))
- 덮어쓰기 가능. 순수성 같은 건 없다
SETF의 부수효과: 변수의 값을 변경한다
DEFUN의 부수효과: 새로운 함수를 정의한다
RANDOM의 부수효과: 임의의 값을 반환한다
- (random 5) => 3
- (random 5.0) => 2.78123
- 뭐가 부수효과인데요 => 의사난수 발생기에 사용하는 숨겨진 변수의 값을 변경한다
- 그럼으로써 매번 다른 결과를 반환하는 것
SETF는 지역 변수든 전역 변수든 가리지 않는다
- 하지만 전역 변수에만 쓰는 것이 좋은 실천이다 => 왜?
특수 함수 LET
- 지역 변수를 만드는 또다른 방법
  (defun average (x y)
  
  (let ((sum (+ x y)))
  
  (list x y ’average ’is (/ sum 2.0))))
특수 함수 LET*
- 지역 변수들을 한 번에 하나씩 만든다
- 첫 번째 지역 변수가 lexical context를 생성하고 그 context 안에서 두 번째 변수의 값이 계산되고... 머라고요?
- 긴 계산에서 중간 결과들에 이름을 부여하고 싶을 때 유용하다
- 그러니까 LET은 변수 a, b, c를 정의할 때 b, c에서 a를 이용할 수 없고 LET*은 그게 된다는 말인가?
그럼 LET*만 쓰면 되지???
- LET을 쓸 수 있으면 LET을 써라
- 변수 사이에 의존성이 없음을 보장
리스프 도구모음: DOCUMENTATION과 APROPOS
- 대부분의 리스프 구현은 모든 내장 함수와 변수의 온라인 문서를 포함한다
  - DOCUMENTATION 함수는 문서 문자열을 반환한다
  - (documentation ’cons ’function)
  - (defun average (x y) "Returns the mean (average value) of its two inputs." (/ (+ x y) 2.0))
    - 직접 함수를 정의할 때는 인자 목록 바로 뒤에 써주면 된다
    - 아니면 주석^comment을 사용하라
      - ;로 시작하는 줄은 주석
      - 관례: 줄 끝에 쓰면 ;, 함수 안에서 한 줄을 차지하면 ;;, 함수 밖에서는 ;;;
- APROPOS: 그거 이름이 정확히 뭐더라...
  - 특정 문자열을 포함하는 모든 심볼을 반환한다
  - (apropos "TOTAL" "USER")
    ARRAY-TOTAL-SIZE (function)
    ARRAY-TOTAL-SIZE-LIMIT, constant, value: 134217727
  - APROPOS의 두 번째 인자는 패키지 이름. 항상 "USER"를 쓸 것
  - 패키지는 Common Lisp의 이해하기 어려운 특징들 중 하나. 이 책에선 다루지 않는다

5장 고급 주제 ¶

last modified 2021-02-07 05:30:31
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