Clojure 零基础 学习笔记 数据结构 集合
It is better to have 100 functions operate on one data structure than 10 functions on 10 data structures. --- Alan J. Perlis
100 个函数操作 1 种数据结构，比 10 个函数操作 10 种数据结构要好 --- Alan J. Perlis
Clojure 提供的基本数据结构[1]有
- list
- vector
- map
- set
而上述 4 种数据结构我们都称之为集合（collection）
集合就是把一些东西放在一起，打个包裹，方便管理。
它们各有特色：
- list 是 Clojure 中最为简单的数据结构
- vector 和 list 相似，它支持高效的随机访问
- map 是一种 “键值对” （Key-Value），在以后的文章中会详细介绍这种数据结构
- set 是一种不能出现重复元素的集合
然而由于篇幅限制和本人水平有限
并不能详尽的说明每一种集合的每一种用法
本文以 list 和 vector 作简要介绍
更为详细的内容可以查阅相关 API[2] 文档
好吧读完上面的东西你可能想说
什么玩意儿
没事儿，文字描述总是很枯燥
我们更倾向于使用代码来向你介绍
我们使用 list 函数来创建一个 list （列表）
=> (list "hello" "list")
("hello" "list")
如你所见， list 函数的返回值就是一个 list。
列表里的每一个内容称之为元素，而元素被小括号包围，这就构成了一个列表。
此例中的这个 list 包含两个元素 --- 字符串"hello" 和字符串 "list"。
你也许已经注意到了，list 的“样子”看起来很眼熟，
没错，它的书写方式和 Clojure 表达式一样，Clojure 语言本身就使用这种数据结构来表示语言本身。
使用自身的数据结构来表示自身
这种特征我们给它单独取一个名字，以表示高端，称之为 “同像性”[3]
又称 “代码即数据”
（如果你学习过编译相关的知识，你就能立刻发现这种做法的意义
Clojure 和所有的 Lisp 一样，直接使用语法树作为语言本身
这也是宏（Macro）功能的基础）
Clojure 还提供了一个语法糖[4] --- 单引号 ' ，它的功能是阻止求值。
它的非语法糖形式是 quote。
quote 的返回值是其后的代码本身。
我们知道，Clojure 里的表达式都会被求值，如果我们使用阻止求值 quote 或者它的语法糖 '， Clojure 就会明白，你想要的不是这个表达式的值，而是需要这个表达式本身（也就是数据）。
=> (quote ("hello" "list"))
("hello" "list")
=> '("hello" "list")
("hello" "list")
如果不进行阻止求值，那么由于 “hello” 在括号的第一个位置，会被认为是一个函数
然而我们并没有这个函数，自然也就无法得到值，此时程序扔出一个错误
=> ("hello" "list")
ClassCastException java.lang.String cannot be cast to clojure.lang.IFn
;意为：某个 String（即字符串）无法被作为 IFn（即函数）来使用
说了一大堆，我们再回到 list，
因为同像性，我们可以使用阻止求值来得到一个 list。也可以使用 list 函数来得到一个 list。
你可能会发出这样的疑问
那么这又有什么屁用呢？
list 是一些 “元素” 的集合，这些元素可以是任意表达式，以先后顺序存放在 list 中。
仅仅是存储还不够，我们还可以对这个 list 进行各种操作。
这里介绍几个常用的操作：
-
first和second函数分别用来取出集合中的第一个或第二个元素
=> (first '("hello" "list"))
hello
=> (second '("hello" "list"))
list
-
rest函数用来返回除了first之后的元素，并以 list 的形式作为返回
=> (rest '("hello" "list"))
("list")
-
nth函数用来取出任意指定位置的元素，表示这个位置的索引值放在第三个参数的位置
=> (nth '("hello" "list") 0) ;取出第 0 号元素
hello
注意，在大多数程序语言中，索引是以 0 开始的
也就是第一个元素的编号为 0，第二个元素的编号为 1 ...
list 可以按照你的直觉进行嵌套：
这样就使得你可以创造更为复杂的结构。
我们来看一下如何操作嵌套结构
=> (first '(("屠龙宝刀" "点击就送") "激光剑" "无尽之刃" "传送枪" "物理学圣剑"))
("屠龙宝刀" "点击就送")
=> (second (first '(("屠龙宝刀" "点击就送") "激光剑" "无尽之刃" "传送枪" "物理学圣剑")))
点击就送
我们来讲解一下上面第二句代码
首先我们使用 ' 来得到一个拥有 5 个元素的列表
'(("屠龙宝刀" "点击就送") "激光剑" "无尽之刃" "传送枪" "物理学圣剑"))
这里我们注意，使用 ' 会导致它之后的一个括号中的所有内容都被阻止求值
所以在内层的列表无需再次使用 '
虽然 list 函数也可以创建一个列表，但这里如果我们不用 ' ，而是直接使用 list 函数则会出现错误
=> (list ("屠龙宝刀" "点击就送") "激光剑" "无尽之刃" "传送枪" "物理学圣剑")
ClassCastException java.lang.String cannot be cast to clojure.lang.IFn
为啥呢？因为 list 函数只是把它收到的参数的值来构建出一个列表。所以执行到需要得到 ("屠龙宝刀" "点击就送") 的值的时候，因为"屠龙宝刀" 在括号的第一个位置，所以把它当作函数进行处理了，就发生了上面的错误。
回头再来看这个列表，五个元素分别为
0号 ("屠龙宝刀" "点击就送")列表也可以作为一个元素（实际上任意表达式都可以作为元素）
1号 "激光剑"
2号 "无尽之刃"
3号 "传送枪"
4号 "物理学圣剑"
在它的外面我们又套了一层函数 first
(first '(("屠龙宝刀" "点击就送") "激光剑" "无尽之刃" "传送枪" "物理学圣剑"))
我们知道，first 函数的返回值，等于它的参数的第一个位置所存放的元素，
在这里即为 ("屠龙宝刀" "点击就送")。
也就是说，
(first '(("屠龙宝刀" "点击就送") "激光剑" "无尽之刃" "传送枪" "物理学圣剑"))
等价于
("屠龙宝刀" "点击就送")
把这个值作为外层的 second 函数的参数，进行简单替换。
替换前：
(second (first '(("屠龙宝刀" "点击就送") "激光剑" "无尽之刃" "传送枪" "物理学圣剑")))
替换后：
(second '("屠龙宝刀" "点击就送"))
再执行 second 函数，取第二个位置，结果为 "点击就送"。
（在某些环境下，字符串显示出来可能会带有双引号）
下面我们来看一下 vector
我们可以使用 vector 函数来创建一个 vector
=> (vector "hello" "vec")
["hello" "vec"]
注意到 vector 看起和 list 有所不同，它使用中括号（方括号）而不是小括号来包围元素。
我们也可以直接使用中括号（方括号）来得到一个 vector：
=> ["hello" "vec"]
["hello" "vec"]
（这里并不需要使用阻止求值，中括号是一种用来创建 vector 的特殊形式，Clojure 能正确的处理它，并不会和执行函数的小括号造成混淆。）
还记得本文第一句来自于第一位图灵奖得主 Alan J. Perlis 的格言么？
我们刚学到的可以用于 list 的函数也可以用于 vector
=> (first ["hello" "vec"])
hello
=> (second ["hello" "vec"])
vec
=> (rest ["hello" "vec"])
("vec") ;虽然这里我们使用 rest 操作的是 vector，但 rest 仍然返回 list 形式
=> (nth ["hello" "vec"] 1)
vec
同样可以嵌套
=> (second (first [["屠龙宝刀" "点击就送"] "激光剑" "无尽之刃" "传送枪" "物理学圣剑"]))
点击就送
我们甚至可以在 vector 里嵌套 list，或者在 list 里面嵌套 vector
=> (second (first ['("屠龙宝刀" "点击就送") "激光剑" "无尽之刃" "传送枪" "物理学圣剑"]))
点击就送
=> (second (first '(["屠龙宝刀" "点击就送"] "激光剑" "无尽之刃" "传送枪" "物理学圣剑")))
点击就送
这多亏了不同的数据结构使用了同一套抽象
我们得以用统一的形式（同一函数）来操作不同的数据结构，让你好似在操作同一种数据结构
list 和 vector 有很多共同点，就如同已经向你展示的一样
但 vector 拥有一些其它特性
- 使用
subvec函数来取出指定起止位置的内容
后两个参数分别表示起止的索引位置（不包括结束位置元素）
=> (subvec [["屠龙宝刀" "点击就送"] "激光剑" "无尽之刃" "传送枪" "物理学圣剑"] 1 3)
["激光剑" "无尽之刃"]
这个例子给出的起止位置为 1 3，不包括结束位置的元素，也就是从 1 开始取到 2
结果组成一个 vector 作为返回值
- 使用
assoc函数来 “改变” 指定位置的内容
这个函数的后两个参数分别是要 “改变” 的元素的位置和 “改变” 后的值。
返回值是 “改变” 后的结果。
=> (assoc [["屠龙宝刀" "点击就送"] "激光剑" "无尽之刃" "传送枪" "物理学圣剑"] 1 "lightsaber")
[["屠龙宝刀" "点击就送"]
"lightsaber"
"无尽之刃"
"传送枪"
"物理学圣剑"]
注意我们使用了带引号的 “改变”，这表示 assoc 函数实际上并没有对原来的 vector 做出任何改变。
这个特性会在之后的文章中进行说明。
-
nth语意可以直接被使用
=> (nth ["hello" "vec"] 1)
vec
=> (["hello" "vec"] 1) ;比上面使用 nth 更方便
vec
其实 ["hello" "vec"] 本身就是个函数，所以可以把它放在函数的位置
这个函数的功能和 nth 一样，所以我们可以方便的从 vector 里面取数据
你可以把你学到 first second rest 用于 map 和 set
但你不能把 nth 用于 map
原因是 map 没有实现 Indexed，而 nth 只能作用于实现了 Indexed 的集合。
而 first second rest 可以作用于实现了 Sequence 的集合，所有的 Clojure 集合都实现了 Sequence。
这些关于集合的抽象实现内容并不需要在现在就掌握，感兴趣可以自行查询。
map 会在之后的章节中做详细介绍，它是 Clojure 中非常实用的一种数据结构
如果你在阅读本文时感到吃力，你可以先把文中的代码在你的机器上运行一下
观察运行结果，然后试着更改参数，看看返回结果是否满足你的猜想
待你基本了解工作效果之后，再次阅读本文
这种学习方式会帮助你更好地理解本文（或者其它程序设计类教程）
除了本文介绍的方法之外，操作集合的函数还有很多
你可以访问 http://clojuredocs.org/ 查阅 API[2] 的小例子
也可以访问官方网站 http://clojure.github.io/clojure/ 来直接查阅官方 API 说明
英文苦手们可以访问中文翻译项目 http://clojure-api-cn.readthedocs.io/en/latest/
