Язык Lisp: что это, S-выражения, макросы и диалекты

Lisp — это семейство языков программирования, в которых и программа, и данные записываются одинаково: в виде списков в круглых скобках (S-выражений). Сегодня под словом «Lisp» обычно имеют в виду не один язык, а группу диалектов: Common Lisp, Scheme, Clojure, Racket, Emacs Lisp и другие.

Ниже — история, синтаксис, «код как данные», макросы и различия диалектов. Примеры — на Common Lisp, проверены в SBCL.

Мини-словарь: четыре слова, которые путают

Важная граница: не каждое S-выражение — корректная форма. Список (1 2 3) — нормальные данные, но как форма он ошибочен, потому что 1 не функция. Ниже это видно на реальной ошибке.

Коротко об истории

Lisp предложил Джон Маккарти в 1958 году в MIT, в рамках работ по искусственному интеллекту. Основная статья о языке вышла в 1960 году. Идею обработки списков Маккарти взял из более раннего языка IPL (Ньюэлл, Шоу, Саймон), но сделал ее основой всего языка.

Первый интерпретатор написал Стив Рассел для IBM 704: он заметил, что функцию eval из статьи Маккарти можно реализовать напрямую. В Lisp впервые появились многие привычные сегодня вещи: автоматическая сборка мусора, условное выражение if как выражение, функции как значения, интерактивная среда REPL.

В 1970-80-х годах существовали Lisp-машины — компьютеры, аппаратно оптимизированные под Lisp (Symbolics, LMI, Texas Instruments). Рынок их не пережил 1990-е. Разрозненные диалекты того времени свели в стандарт Common Lisp (ANSI, 1994), он действует до сих пор.

Как выглядит программа на Lisp

Вызов записывается в префиксной форме — сначала операция, потом аргументы, все в скобках: вместо 1 + 2 + 3 пишут (+ 1 2 3). Приоритетов операторов нет, порядок задают скобки.

Минимальный полный пример. Сохраните в файл main.lisp и запустите командой sbcl --script main.lisp:

;; Файл main.lisp: запуск - sbcl --script main.lisp
(defun average (numbers)
  "Среднее арифметическое непустого списка чисел."
  (/ (reduce #'+ numbers) (length numbers)))

(defparameter *scores* '(4 5 3 5))

(format t "Список: ~a~%" *scores*)
(format t "Первый элемент: ~a, остальные: ~a~%" (car *scores*) (cdr *scores*))
(format t "Среднее: ~a (~,2f)~%" (average *scores*) (average *scores*))
(format t "Удвоенные: ~a~%" (mapcar (lambda (x) (* 2 x)) *scores*))

;; Код как данные: собираем выражение списком и вычисляем его
(defparameter *expr* (list '+ 1 2 3))
(format t "Выражение: ~a -> ~a~%" *expr* (eval *expr*))

Результат прогона:

Список: (4 5 3 5)
Первый элемент: 4, остальные: (5 3 5)
Среднее: 17/4 (4.25)
Удвоенные: (8 10 6 10)
Выражение: (+ 1 2 3) -> 6

Разбор по строкам:

• defun определяет функцию average, строка под заголовком — ее документация. Функция рассчитана на непустой список: на пустом будет деление на ноль.
• '(4 5 3 5) — список-данные. Апостроф (сокращение от quote) говорит «не вычисляй, это просто список».
• car возвращает первый элемент списка, cdr — остаток. Названия исторические, из регистров IBM 704; в Common Lisp у них есть синонимы first и rest.
• Среднее вывелось как 17/4: деление целых в Common Lisp дает точную дробь (тип ratio), а не округленное число. Десятичный вид показывает директива формата ~,2f.
• mapcar применяет анонимную функцию lambda к каждому элементу — это функция высшего порядка.
• Последние две строки — суть Lisp: выражение (+ 1 2 3) собрано обычной функцией list как данные, а eval вычислило его как код.

Типичная ошибка: забыли апостроф

Новичок пишет список без quote, рассчитывая получить данные:

(format t "~a~%" (car (1 2 3)))

Lisp пытается вычислить (1 2 3) как вызов функции с именем 1. Фактический результат в SBCL:

; in: FORMAT T
;     (1 2 3)
; 
; caught ERROR:
;   illegal function call

Дальше SBCL печатает Unhandled SB-INT:COMPILED-PROGRAM-ERROR и завершает скрипт с ошибкой.

Исправление — явно пометить список как данные или собрать его функцией:

(format t "~a~%" (car '(1 2 3)))      ; 1
(format t "~a~%" (car (list 1 2 3)))  ; 1

Точный текст ошибки зависит от реализации: в SBCL он такой, в CLISP или CCL сообщение будет другим, но причина та же.

Код как данные и макросы

То, что программа на Lisp — это обычные списки, называют гомоиконностью («код как данные»). Практическое следствие — макросы: функции, которые выполняются до вычисления программы, получают код в виде списков и возвращают новый код.

Важно различать: функция получает уже вычисленные значения аргументов, а макрос получает сами выражения, еще не вычисленные. Поэтому макросом можно добавить в язык новую управляющую конструкцию. Пример — своя версия unless («выполнить, если условие ложно»):

(defmacro my-unless (condition &body body)
  `(if ,condition nil (progn ,@body)))

(format t "~s~%" (macroexpand-1 '(my-unless (> x 10) (print "мало") x)))

(let ((x 7))
  (my-unless (> x 10)
    (format t "x = ~a, это не больше 10~%" x)))

Результат прогона:

(IF (> X 10)
    NIL
    (PROGN (PRINT "мало") X))
x = 7, это не больше 10

macroexpand-1 показывает, во что раскрылся макрос: в обычный if. Обратная кавычка задает шаблон кода, , подставляет значение, ,@ вставляет список выражений. Символы напечатались заглавными, потому что читатель Common Lisp по умолчанию приводит имена символов к верхнему регистру.

Граница: в учебном my-unless нет проблем с именами, но в реальных макросах, которые вводят свои переменные, нужна защита от захвата имен (gensym). В Common Lisp макросы не гигиеничны по умолчанию, в Scheme и Racket — гигиеничны.

Особенности Lisp без мифов

Диалекты: что выбрать под задачу

Как выбирать: понять идеи Lisp и макросы — Common Lisp или Racket; промышленная разработка с библиотеками Java — Clojure (структуры данных в нем по умолчанию неизменяемые); автоматизация конкретной программы — Emacs Lisp или AutoLISP.

Как начать: среда для Common Lisp

1. Установите SBCL: в Linux из пакетного менеджера дистрибутива (например, sudo apt install sbcl в Debian и Ubuntu), в macOS через Homebrew (brew install sbcl), для Windows есть установщик на сайте проекта.
2. Проверьте установку: sbcl --version печатает номер версии.
3. Выберите редактор с интерактивной связью с REPL: Emacs со SLIME или SLY — классический вариант; для VS Code есть расширения под Common Lisp.
4. Библиотеки подключайте менеджером Quicklisp.
5. Первый артефакт — файл вроде main.lisp выше, который запускается командой sbcl --script main.lisp.

Если не получилось:

• «illegal function call» — в форме на первом месте стоит не функция; чаще всего забыт апостроф перед списком-данными.
• Непарные скобки, файл не читается — включите в редакторе подсветку пар и автоотступы.
• Кириллица выводится знаками вопроса — проверьте, что локаль терминала использует UTF-8.

Выводы

• Lisp — семейство языков, а не один язык; действующий стандарт Common Lisp принят ANSI в 1994 году, из современных диалектов наиболее заметен Clojure.
• Синтаксис строится на S-выражениях и префиксной записи, программа и данные выглядят одинаково.
• «Код как данные» дает макросы: они преобразуют код до вычисления и позволяют добавлять в язык новые конструкции.
• Common Lisp не чисто функциональный и не бестиповый: он мультипарадигменный, с динамической строгой типизацией и компиляцией в машинный код.
• Выбор диалекта зависит от задачи: изучение идей — Common Lisp или Racket, промышленная разработка на JVM — Clojure.

Где применяется / связь с практикой

FAQ

Используется ли Lisp в 2026 году?
Да, но в нишах: Clojure применяют в промышленной разработке на JVM, Common Lisp — в отдельных долгоживущих системах, Emacs Lisp и AutoLISP — для автоматизации своих программ. Массовым языком уровня Python или Java Lisp не является.

Стоит ли учить Lisp первым языком?
Можно, синтаксис у него минимальный, а Racket изначально создавался для обучения. Но для первой работы обычно выбирают более распространенный язык, а Lisp изучают как второй — ради идей макросов и функционального стиля.

Чем Clojure отличается от Common Lisp?
Clojure работает на JVM, по умолчанию использует неизменяемые структуры данных и кроме списков имеет литералы векторов [] и словарей {}. Common Lisp — стандартизированный язык с нативными реализациями и изменяемыми структурами по умолчанию.