第七课：对子 #

最后我们来看 Lisp 最核心的东西——对子。简单来说，对子就是由两个东西组合在一起构成的东西，类似数学上的“有序数对”。在 Lisp 中，使用 cons 过程来构造一个对子。

> (cons 1 2)
'(1 . 2)

解释器输出了 '(1 . 2)，就代表这是一个用 1 和 2 组合起来的对子。（感觉很像列表的输出格式？别急，往下看看就知道。）

对子是有序的。用 car 过程输出对子的左边的部分；用 cdr 过程输出对子的右边的部分。

> (define x (cons 1 2))
> (car x)
1
> (cdr x)
2

你可能大脑已经开始飞速旋转了——怎么这个和列表的那个操作都叫 car cdr 呢？函数重载吗？还是什么特殊的语法？……

好了不卖关子了，其实列表就是由一系列对子构成的。看这个例子：

> (cons 42 (cons 69 (cons 613 '())))
'(42 69 613)

当我连续用三个 cons 过程构建出三个对子后，解释器直接将它解释为一个列表。首先，第一个对子的左半部分是 42，右半部分是一个对子；这个对子的左半部分是 69，右半部分又是一个对子；最后这个对子的左半部分是 613，右半部分是空表。当一系列对子以“右半部分”链接起来且最后一个右半部分是空表的时候，那么它就是一个列表。列表中的元素，就是这些对子的左半部分的值。

因此，将 car 作用在列表上，输出的正是第一个元素。因为列表作为对子的左半部分，就是第一个元素。将 cdr 作用在列表上，输出的就是除首元素外的列表，因为第一个对子的 cdr 就是这样的一个列表。

接下来的内容和使用 Lisp 编程已经没有太大关系了，但如果你想编写一个 Lisp 解释器，那么可以继续读下去。

对子是 Lisp 中唯一的复合数据类型。其余的数据类型，比如整数 42、有理数 5/2、浮点数 3.14、布尔值 #t，都是原子类型，即不可再分的。而基于对子，不仅可以构建出列表，还可以结合一些语言特性构建出更复杂的数据结构（比如树、散列表等等）。

列表不仅构成 Lisp 程序的大量数据结构，也是 Lisp 源码的结构。不论是特殊形式，还是组合式，它们不都写成列表的样子吗（少了一个单引号）？

(define x 42)  ; 看上去很像由 define、x 和 42 构成的列表
(+ x 1)        ; 看上去很像由 +、x 和 1 构成的列表

它们不仅是列表的样子，它们实际上就是列表。用源码 (define x 42) 举例；它其实是由符号 define、符号 x 和整数 42 构成的列表。

这里提到了“符号”。符号是其它编程语言中很少出现的概念。在 Lisp 中，你可以将符号直接理解为一种特殊的字符串类型——用作变量名的字符串，目前就先这样理解好了。使用一个单引号再加上变量名，就可以或得到表示这个变量名的符号：

> 'define
'define

如果将符号 '+、符号 'x 和整数 1 构成一个列表，那么你就得到了源码 (+ x 1) 的表示形式。把源码的表示形式塞到 eval 过程中，就可以直接对这个源码求值！

> (define x 42)
> (define source (list '+ 'x 1))
> (eval source)
43

从这个案例我们可以一窥 Lisp 解释器的构造。假设 Lisp 解释器正在解释一个列表形式的源码。如果列表的 car 是一个符号，而且符号名指代了特殊形式如 'define，那么执行相关的特殊逻辑。否则，对列表中的每一个元素进行求值。

• 对整数、布尔类型的求值结果仍然是它自身——这种元素类型称为自求值类型。
• 对符号类型的求值结果，就是查找当前环境定义的所有变量名，找到这个符号名对应的值作为求值结果。
• 对列表类型求值，就是调用过程的逻辑了。将列表的 car 部分作为要调用的过程，将 cdr 部分作为实参，然后绑定到对应形参，执行过程的定义。

最后讲一个特殊形式 quote。quote 特殊形式接受一个东西，不做任何求值操作直接原样返回。比如：

> (quote (+ 1 2))
'(+ 1 2)          ; 由符号 +、整数 1 和整数 2 构成的列表

quote 特殊形式还可以简写成 '。因此 '(1 2 3) 就是 (quote (1 2 3)) —— 解释器就解释为 '(1 2 3)。哈哈，绕了一圈又回到起点。这就能解释为什么解释器输出的列表长成 '( ... ) 的样子，因为你直接把这个样子作为源码输入到解释器，得到的就是这个东西。