Common Lisp学习之十：输出格式化控制与高级循环控制

1 format

1.1 Format函数

其通用调用方式为：(format stream control-string format-args)

第一个参数用于输出目的地，它可以是T NIL 一个流或一个带有填充指针的字符串。T是stdout的简称；NIL将使format返回一个字符串。其他情况均返回NIL。

第二个参数为控制字符串，用来指示如何进行显示，包含众多的格式化指令。第二节将重点介绍这些指令的作用。

第三个参数为需要被输出的格式化参数

1.2 Format指令

所有指令都以波浪线开始并终止于单个字符，例如~A。字符可以是大写或小写。

某些指令带有前置参数，其紧跟在~后，用来控制对指令的进一步细分。多个前置参数用','分隔。这些前置参数可以是十进制数字，也可以是字符。

前置参数对应的值有两种获取方式：前置参数v导致format使用一个格式化参数并将其值用作前置参数，前置参数#将被求值为格式化参数的个数。如果要指定一个前置参数，但不指定其前面的那个，那么必须为每个未指定的参数加上一个逗号。例如~F的两个前置参数N,M分别用于指定整数和小数部分占位。可以省略掉N，但,必须保留。

基本上参数都可以使用:或@修饰符，它们可以对指令进行细微的调整。

1.2.1 通用格式化

~% 用于输出一个换行符，接受前置参数指定换行个数

~& 只有当位于行为非行首时才输出换行符，也支持输出多个换行

~~ 用来输出~，可以控制输出个数

通用格式化指令为~A，它支持任何类型的格式化参数。类似的~S，也支持任何类型的参数，但用于输出可被read读回的形式。对于这两个指令，使用":"修饰，可将NIL输出成()

1.2.2 字符与整数指令

~C 输出单个字符，无前置参数 ":"修饰可将不可打印字符按名字输出，"@"修饰可按字面值输出

~D 以十进制输出整数，":"修饰可间隔三位输出","，"@"修饰可打印正负号，两个修饰符可同时使用；支持两个前置参数，第一个指定输出的最小宽度，第二个指定占位符的类型，默认为空格。在":"修饰时支持另两个前置参数，第3个指定数位组的分隔符，第4个指定每组中数位的数量。

~X 以十六进制输出，其他参数与D相同

~O 以八进制输出

~B 以二进制输出

~NR 以N进制输出

1.2.3 浮点指令

~F 以十进制输出小数，第二个前置参数指定小数部分的输出位数

~E 使用科学计数法来输出，第二个前置参数指定小数部分的输出位数

~$ 用于输出货币单位 

1.2.4 英语指令

~R 把数字输出为英文表示的基数，":"修饰表示为序数，"@"修饰表示为罗马数字

~P 如果格式参数不为1，则输出一个参数，可以用来制造复数；":"修饰支持重用格式参数并表示为基数。如(format nil "I have ~R file~:P" 5) => "I have five files"。和"@"同时使用，将输出y或ies。

~( ~) 用于控制输出文本中的大小写，标记之间的部分转化为小写。“@”修饰支持首字母大写，":"修饰支持包有首字符大写，二者同时使用将所有字符变为大写。

1.2.5 条件格式化

~[ ~A ~; ~A~:; ~]  在~[和~]之间的选项可以根据格式参数提供的[0 n-1]位置索引进行选择输出。选项间以~;进行分隔。如果最后一个选项以~:;结束，表示其作为默认子句提供。

使用":"修饰，则变成二先一，在格式参数为假时处理第1个选项，其他处理第2个选项。

使用"@"修饰，

1.2.6 迭代

~{ ~} f支持对参数提供的列表进行迭代处理，直到数据结束。例如(format t "~{~d ~}" (list 1 2 3)) =>"1 2 3 "。为了更好的处理结尾元素，~^指令可在列表无元素时令迭代立即终止。只输出参数，但不执行参数后面指定的格式化。

1.2.7 参数跳转

~* 跳过一个参数，不进行输出处理，":"修饰则可以向前跳，使得一个参数可以使用多次。

可以为~*指定一个前置参数，指定跳的个数。

3 Loop高级用法

Loop提供了用来编写迭代构造的专用语言。其基本结构是一个子句集合，其中每个子句都以一个循环关键字开始。每个子句被Loop宏解析方式取决于具体的关键字。

3.1 For/as关键字

For子句用于在下级子句中对各种对象进行迭代：数字范围、列表、向量、HASH表、包中符号。循环可以包含多个for子句，每个子句都可以命名自己的循环变量。此时任何一个子句达到结束条件循环都会终止。

(loop 
    for item in list
    for i from 1 to 10
    do (something))

3.1.1 计数循环

算术计数循环由for后跟下列介词短语中的1-3个构成： [init] [end] [step]

起始短语指定子句的变量初始值，由介词from/downfrom/upfrom之一后接一个初值数字形式构成。

终止短语指定循环的终止点，由介词to/upto/below/downto/above之一后接终值的形式所构成。

步长短语由介词by form构成，form必须求值为正数。

对于递增时，初值默认为0，递减时必须手工指定初值。另外LOOP宏运行在编译期，必须完全基于介词而不形式的值一决定步进的方向。

如果只是希望循环重复特定次数，使用repeat num

3.1.2 循环集合和包

对list进行迭代的形式

(loop for var in list-form by func=cdr ..)

by用来指定向列表向下移动的函数，in可以用on代替，此时迭代在构成列表的点对单元上步进。

对字符串和向量迭代的形式

(loop for var across "str" .. )

对HASH进行迭代的形式

(loop for var being the hash-keys/hash-values in ht ..);;为了同时可以访问k,v在尾部支持using子句。
(loop for var being the hash-keys in ht using (hash-value v) ...)
(loop for var being the hash-values in ht using (hash-key k) ...)

3.1.3 自定义步进

(loop for var = init-form [then step-form] ..)

3.1.4 解构变量

(loop for (a b) in '((1 2) (3 4) (5 6)) 
    do (something with a b))

如果你想忽略一个解构列表中的值，可以用NIL代替相应变量的名字。

3.2 局部变量

通常循环需要的变量会在for子句中隐式声明，如果需要额外的变量，可以使用with子句来声明。

(with var [=value-form]) var会在首次迭代前初始化，并在迭代结束后删除。如果有多个with子句，则按顺序求值，且后面的变量可以使用前面声明的局部变量。

3.3 值汇聚 

值汇聚为循环过程中涉及值汇聚的用法提供了简洁的表示法。其形式为：

verb form [ into var ]

每次迭代，汇聚子句对form求值并将其按verb指定的方式保存到into指定的变量中。如果没有into子句，则汇聚出一个默认值作为整个循环表达式返回的值。

可用的动词有collect/append/nconc/count/sum/maximize/minimize，以及其对应的进行时的同义词:collecting/appending/...。

collect子句会构造一个列表，列表中包含排列的所有form的值。append和nconc也汇聚一个列表，但其汇聚的值本身也必须是列表。

其余的动词都用来汇聚数值：count统计form为真的次数；sum收集所有form的值的和；max和min则收集最值。

3.4 无条件执行和条件执行

可以使用do来在循环中执行任意的语句，do后可以接多个语句，这些形式将会全部求值。do子句结束于一个循环的闭合括号或另一个关键字。

(loop for i from 1 to 10 do (forms))

由于do子句可以执行包含任意Lisp形式，因此执行条件控制的构造。

(loop for i from 1 to 10 do (codition-forms))

codition-forms的形式为：(condition test-form action-form)

condition 可以是IF/WHEN/UNLESS等，test-form 可以是任何正规Lisp形式，action-form可以是值汇聚子句、无条件执行子句、另一个条件子句。多个循环子句可以通过AND连成单个条件。

为了便于取值，使用变量it来指代由test-form返回的值。如(loop for key in lst when (gethash key ht) collect it)

return可以从loop中跳出，其后接单个Lisp形式，此形式的值将立即作为整个循环的值返回。

(loop for i from 1 to 10 do (print i) return 100) 将使循环只执行一次。

作为对比，流程控制符，return和return-from可以从任意块中返回。其作用区间比loop大。

对于命名Loop，return-from也可以只从loop中跳出。(loop named outer ...)

下面的例子给出了loop的一些使用方法。

(loop for i from 1 to 100
      if (evenp i)
        minimize i into min-even and 
        maximize i into max-even and
        unless (zerop (mod i 4))
          sum i into even-not-fours-total
        end
        and sum i into even-total
      else
        minimize i into min-odd and
        maximize i into max-odd and
        when (zerop (mod i 5)) 
          sum i into fives-total
        end
        and sum i into odd-total
      do (update-analysis min-even
                          max-even
                          min-odd
                          max-odd
                          even-total
                          odd-total
                          fives-total
                          even-not-fours-total))

3.5 设置与拆除

Loop提供 了initially和finally用于引入那些原本会运行在循环主体以外的代码。

所有initially形式会被组合成一个序言，在所有局部循环变量初始化以后并在循环体开始之前运行一次。而finally形式则简单地组合成一个尾声，在循环体的最后一次迭代结束以后运行。序言和尾声可以引用局部循环变量。

即使循环执行了0次，序言也会执行；但尾声在以下情况下时不执行：执行了return子句；return/return-from或其他流程操作符被调用；循环被always、never、thereis子句终止。

3.6 终止测试

在Loop中关键字while until always never thereis用来终止循环测试。其形式为key-word test-form。五种子句都会在每次执行迭代时对test-form求值，然后判断是否进行终止。

while和until代表温和的终止。当它们终止循环时，控制会跳过循环的其他部分，传到尾声部分。

always、never和thereis则终止循环，同时跳过尾声部分的执行。它们还提供了自己的返回值，因此不能和汇聚类子句配合使用，除非汇聚子句带有into子句。always和never返回布尔值。

alway和never用于检测test-form始终为真或为假。而thereis检测曾经真过。如果真过，则返回此值并结束循环。否则返回NIL。

(loop for char across "abc123" thereis (digit-char-p char)) ==> 1