do与do*宏执行结果差异及Lisp循环相关问题咨询

1. do与do*的结果差异原因 #

先看正常工作的do版本代码：

(defun my-reverse (my-list)
  (do ((alist my-list (cdr alist))
       (acc nil (cons (car alist) acc)))
      ((null alist) acc)
    (format t "current: ~a~%" (car alist))))

执行输出：

CL-USER> (my-reverse '(10 20 30))
current: 10
current: 20
current: 30
(30 20 10)

替换为do*后代码：

(defun my-reverse (my-list)
  (do* ((alist my-list (cdr alist))
        (acc nil (cons (car alist) acc)))
      ((null alist) acc)
    (format t "current: ~a~%" (car alist))))

执行输出：

CL-USER> (my-reverse '(10 20 30))
current: 10
current: 20
current: 30
(NIL 30 20)

核心差异 #

do和do*的本质区别是循环变量的更新方式：

• do采用并行更新：所有变量的步进表达式，都基于本轮循环开始时的变量值计算。当终止条件(null alist)为真时，直接返回acc，不会执行任何变量的步进操作，因此不会出现额外的nil。
• do*采用串行更新：变量按顺序更新，后面的变量步进会使用前面已经更新后的变量值。在最后一次循环中：
  1. 执行循环体打印30后，先将alist更新为(cdr '(30))即nil
  2. 接着执行acc的步进表达式(cons (car alist) acc)，此时alist已经是nil，(car nil)返回nil，导致acc被追加了一个nil，最终结果变成(NIL 30 20)。

2. 提取(car alist)为变量x后的问题 #

无步进表达式的x版本 #

代码：

(defun my-reverse (my-list)
  (do* ((alist my-list (cdr alist))
        (x (car alist))
        (acc nil (cons x acc)))
      ((null alist) acc)
    (format t "current: ~a~%" x)))

输出：

CL-USER> (my-reverse '(10 20 30))
current: 10
current: 10
current: 10
(10 10 10)

原因 #

do*中如果变量没有指定步进表达式，其值会保持初始化时的固定值不变。这里x的初始值是(car '(10 20 30))即10，后续循环中没有更新，所以每次累积的都是10。

添加步进表达式后的版本 #

代码：

(defun my-reverse (my-list)
  (do* ((alist my-list (cdr alist))
        (x (car alist) (car alist))
        (acc nil (cons x acc)))
      ((null alist) acc)
    (format t "current: ~a~%" x)))

输出：

CL-USER> (my-reverse '(10 20 30))
current: 10
current: 20
current: 30
(NIL 30 20)

原因 #

问题还是出在do*的串行更新逻辑：最后一次循环执行完打印30后，会先更新alist为nil，再更新x为(car nil)即nil，最后更新acc为(cons nil '(30 20))，导致结果多了一个nil。

3. 循环体中修改循环变量的错误 #

代码：

(defun my-reverse (my-list)
  (do* ((alist my-list (cdr alist))
        (x (car alist) (car alist))
        (acc nil))
      ((null alist) acc)
    ((setf acc (cons x acc))
     (format "current: ~a~%")
     )))

错误提示：illegal function call，指向(setf acc (cons x acc))

原因 #

这是语法错误，do/do*的循环体是一个或多个表达式的序列，不需要用额外的括号包裹。你把循环体写成((setf ...) (format ...))，相当于试图将(setf ...)的返回值当作函数调用，而setf的返回值不是函数，因此触发非法函数调用错误。

正确写法 #

循环体允许修改循环变量，只需去掉外层括号即可：

(defun my-reverse (my-list)
  (do* ((alist my-list (cdr alist))
        (x (car alist) (car alist))
        (acc nil))
      ((null alist) acc)
    (setf acc (cons x acc))
    (format t "current: ~a~%" x)))

执行后会得到正确结果(30 20 10)。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者7stud