第九章 结构
自然分组的数据被称为结构。我们可以使用Scheme提供的复合数据结构如向量和列表来表示一种“结构”。例如:我们正在处理与树木相关的一组数据。数据(或者叫字段field
)中的单个元素包括:高度,周长,年龄,树叶形状和树叶颜色共5个字段。这样的数据可以表示为5元向量。这些字段可以利用vector-ref
访问,或使用vector-set!
修改。尽管如此,我们仍然不希望记忆向量索引编号与字段的对于关系,这将是一个费力不讨好而且容易出错的事情,尤其是随着时间的流逝,一些字段被加进来,而另一些字段会被删掉。
因此我们使用Scheme的宏defstruct
去定义一个结构
,基本上你可以把它当作一种向量,不过它提供了很多方法诸如创建结构
实例、访问或修改它的字段等等。因此,我们的树结构应这样定义:
(defstruct tree height girth age leaf-shape leaf-color)
这样它自动生成了一个名为make-tree
的构造过程,以及每个字段的访问方法,命名为tree.height
,tree.girth
等等。构造方法的使用方法如下:
(define coconut
(make-tree 'height 30
'leaf-shape 'frond
'age 5))
这个构造函数的参数以成对的形式出现,字段名后面紧跟着其初始值。这些字段能以任意顺序出现,或者不出现——如果字段的值没有定义的话。
访问过程的调用如下所示:
(tree.height coconut) => 30
(tree.leaf-shape coconut) => frond
(tree.girth coconut) => <undefined>
tree.girth
存取程序返回一个未定义的值,因为我们没有为coconut
这个tree
结构指定girth
的值。
修改过程的调用如下所示:
(set!tree.height coconut 40)
(set!tree.girth coconut 10)
如果我们现在重新调用访问过程去访问这些字段,我们会得到新的值:
(tree.height coconut) => 40
(tree.girth coconut) => 10
9.1 默认初始化
我们可以在定义结构时进行一些初始化的设置,而不是在每个实例中都进行初始化。因此,我们假定leaf-shape
和leaf-color
在默认情况下分别为frond
和green
。我们可以在调用make-tree时通过显式的初始化来覆盖掉这些默认值,或者在创建一个结构实例后使用上面提到的字段修改过程:
(defstruct tree height girth age
(leaf-shape 'frond)
(leaf-color 'green))
(define palm (make-tree 'height 60))
(tree.height palm)
=> 60
(tree.leaf-shape palm)
=> frond
(define plantain
(make-tree 'height 7
'leaf-shape 'sheet))
(tree.height plantain)
=> 7
(tree.leaf-shape plantain)
=> sheet
(tree.leaf-color plantain)
=> green
9.2 defstruct定义
宏defstruct
的定义如下:
(define-macro defstruct
(lambda (s . ff)
(let ((s-s (symbol->string s)) (n (length ff)))
(let* ((n+1 (+ n 1))
(vv (make-vector n+1)))
(let loop ((i 1) (ff ff))
(if (<= i n)
(let ((f (car ff)))
(vector-set! vv i
(if (pair? f) (cadr f) '(if #f #f)))
(loop (+ i 1) (cdr ff)))))
(let ((ff (map (lambda (f) (if (pair? f) (car f) f))
ff)))
`(begin
(define ,(string->symbol
(string-append "make-" s-s))
(lambda fvfv
(let ((st (make-vector ,n+1)) (ff ',ff))
(vector-set! st 0 ',s)
,@(let loop ((i 1) (r '()))
(if (>= i n+1) r
(loop (+ i 1)
(cons `(vector-set! st ,i
,(vector-ref vv i))
r))))
(let loop ((fvfv fvfv))
(if (not (null? fvfv))
(begin
(vector-set! st
(+ (list-position (car fvfv) ff)
1)
(cadr fvfv))
(loop (cddr fvfv)))))
st)))
,@(let loop ((i 1) (procs '()))
(if (>= i n+1) procs
(loop (+ i 1)
(let ((f (symbol->string
(list-ref ff (- i 1)))))
(cons
`(define ,(string->symbol
(string-append
s-s "." f))
(lambda (x) (vector-ref x ,i)))
(cons
`(define ,(string->symbol
(string-append
"set!" s-s "." f))
(lambda (x v)
(vector-set! x ,i v)))
procs))))))
(define ,(string->symbol (string-append s-s "?"))
(lambda (x)
(and (vector? x)
(eqv? (vector-ref x 0) ',s))))))))))