Ohjelmoinnin peruskurssien laaja oppimäärä Keskeneräinen luento 3: Listat (mm. SICP 22.2.3) Riku Saikkonen 31. 10. 2011
Sisältö 1 Linkitetyt listat 2
Linkitetyt listat (SICP 2.1.1, 2.2.1) funktionaalinen ohjelmointitapa perustuu usein laskemiseen linkitettyjen listojen käsittelyfunktioilla Schemessä (cons a b) tekee parin, josta muodostetaan listoja (car p) palauttaa parin ensimmäisen alkion (cdr p) toisen (eli listan sen osan, jossa on loput alkiot) nämä nimet ovat historiallisia; esim. make-pair, first ja rest olisivat varmaankin loogisempia linkitetty lista (list) on jono pareja, joka cdr:iä seuraten päättyy tyhjään listaan nil (tai '()): (cons 1 (cons 2 (cons 3 nil))) lista (1 2 3) listoja voi tuottaa myös näin: (list 1 2 3) ja '(1 2 3) huomaa, että (1 2 3) on tapa, jolla listat tulostetaan, mutta koodina se yrittäisi kutsua 1-nimistä proseduuria
Schemen ja muiden kielten listat monissa muissakin kielissä on sisäänrakennetut linkitettyjen listojen vastineet (esim. Javan List-luokka; Pythonin listat on rakennettu hieman eri tavalla taulukkoina) Schemen listat ovat rakenteeltaan mahdollisimman yksinkertaisia jotta niitä voisi käyttää kätevästi esim. rekursiivisesti niiden päälle voi rakentaa monimutkaisempia tietorakenteita esimerkiksi lista on vain yhteen suuntaan linkitetty, jotta osalistoja voisi antaa eteenpäin muille funktioille samanlaiset listat (ja samat listankäsittelyoperaatiot) on muissakin funktionaalisissa kielissä Schemen listoja on tapana käyttää enimmäkseen funktionaalisesti (tehdään uusi lista eikä muuteta olemassaolevaa)
Esimerkki listojen käytöstä Muutama listaoperaatio lists.scm (define (sum-list l) (if (null? l) 0 (+ (car l) (sum-list (cdr l))))) (define (square-list l) (define (square x) (* x x)) (if (null? l) nil ; tai '() (cons (square (car l)) (square-list (cdr l))))) Testiajoja: (sum-list (cons 1 (cons 2 nil))) 3 (sum-list (list 1 10 2 8 5)) 26 (square-list (list 5 11 3 8)) (25 121 9 64) nämä voisi tehdä kätevämmin Schemessä valmiina olevilla listankäsittelyproseduureilla, joista lisää seuraavalla luennolla
Teoriassa listoja ei tarvittaisi (SICP 2.1.3) periaatteessa listoja ei tarvittaisi kieleen sisäänrakennettuna ominaisuutena, vaan ne voisi rakentaa funktioista (samoin muutkin tietorakenteet kuin listat, kunhan niitä ei voi muuttaa) toteutukseksi käyvät mitkä tahansa proseduurit cons, car ja cdr, jotka toteuttavat alla olevat ehdot (sekä tyhjä lista ja null?) käytännössä tämä ei toki olisi kovin tehokasta... Listojen toteutus proseduureina (SICP tehtävästä 2.4) (define (cons x y) ; x ja y jäävät talteen palautettuun proseduuriin (lambda (m) (m x y))) (define (car z) ; toteuttaa ehdon (car (cons a b)) = a (z (lambda (p q) p))) (define (cdr z) ; toteuttaa ehdon (cdr (cons a b)) = b (z (lambda (p q) q))) (define nil 999) ; mikä tahansa tunnistettava vakioalkio käy Testiajo: (car (cdr (cons 1 (cons 2 (cons 3 nil))))) 2
Sisältö 1 Linkitetyt listat 2
(SICP 2.2.1, 2.2.2) sisäkkäiset listat sekä listat, jotka eivät pääty nil-alkioon, muodostavat listarakenteen (list structure) lista on listarakenne, joka päättyy tyhjään listaan sisäkkäiset listat toimivat luontevasti: (list (list 1 2 3) (list 4 5) (list 6)) ((1 2 3) (4 5) (6)) listarakenne, joka ei pääty tyhjään listaan, näytetään näin: (cons 1 (cons 2 3)) (1 2. 3) siis pisteen. jälkeen tulostetaan yksi alkio eli viimeisen parin cdr toinen selitys tulostamiselle: (cons a b) tulostetaan (a. b), paitsi (cons a nil) tulostetaan (a) (cons a lista ) tulostetaan (a lista tulostettuna ) ilman näitä lyhennysmerkintöjä (cons 1 (cons 2 nil)) olisi (1. (2. ())) eikä (1 2)
Listarakenteen tulostus koodina Listarakenteen tulostava Scheme-koodi print-list.scm (define (print-contents l) ; apufunktio (print-list-structure (car l)) (cond ((null? (cdr l)) 'done) ((not (pair? (cdr l))) (display ". ") (print-list-structure (cdr l))) (else (display " ") (print-contents (cdr l))))) (define (print-list-structure l) (cond ((null? l) (display "()")) ((not (pair? l)) (display l)) (else (display "(") (print-contents l) (display ")")))) Tulostusesimerkkejä: (list (list 1 2) (list 3 4)) ((1 2) (3 4)) (cons (list 1 2) (list 3 4)) ((1 2) 3 4) (list (cons 1 2) (cons 3 4)) ((1. 2) (3. 4)) (cons (cons 1 2) (cons 3 4)) ((1. 2) 3. 4)
lisää kalvoja tulossa...