3.12 Программная реализация лисп - машин
Основное назначение Лисп-машины - интерпретировать s-выражение, подаваемое на ее вход. Любая Лисп-машина реализует три функции, которые выполняются циклически:
READ – чтение s-выражения,
EVAL – вычисление s-выражения,
PRINT – печать значения s-выражения.
Функционирование Лисп-машины можно представить в виде следующей структурной схемы.
Поведение Лисп-машины можно описать с помощью следующих
Команд на языке Лисп:
(PRINT
'>>) приглашение – читаем s-выражение
(SETQ E (READ))
(SETQ V (EVAL E)) вычисляем E и значение связываем
с переменной V
(PRINT
V) печать значения
зацикливание
Центральной функцией является функция EVAL, в основу функции EVAL положены следующие правила:
1.Если входное s-выражение-это число или один из атомов, со значением T или NIL, то функция EVAL не вычисляет такое s-выражение и возвращает результат без изменений, т.к. это значение совпадает с именем атома.
2.Если входное s-выражение - литеральный атом, то функция возвращает последнее значение этого атома, известное системе.
3.Если входное s-выражение- список, то функция пытается интерпретировать его следующим образом:
(f arg1 arg2 ... argn), где f- функция, если ее имя будет найдено в списке функций Лисп-машины, то далее будет предпринята попытка оценить значения аргументов по этим же правилам, которые записаны.
Если имени функции нет в списке, то выдается сообщение: "Неопределенное имя функции".
Если аргументы не соответствуют хотя бы одному из правил, то сообщение: "Аргумент не найден".
Лисп-машина решает также две важные дополнительные задачи:
1.управление памятью
2."сборка мусора".
Рассмотрим первую задачу управления памятью. Пусть переменные X и Z получат значение в результате выполнения функций
(SETQ X '(S M I T ))
(SETQ Z (APPEND (CDDR '(S M I T)) X) (I T S M I T)
Тогда в памяти с переменными будет звязана следующая структура данных:
X
S M I T
Z
I T
По идее, под X и под Z должно отводиться в общей сложности 10 ячеек. На самом деле под Х и под Z отведено всего 6 лисповских ячеек. Данная работа выполняется специальным компонентом ЛИСП системы, оптимизацирующем структуры данных в памяти.
Вторая задача это сборка мусора. Поясним суть этой задачи с помощью примера. Пусть выполняется следующий фрагмент программы:
(SETQ L '((ЭТО СТАНЕТ МУСОРОМ) CDR ЧАСТЬ))
(SETQ L (CDR L)) -> (CDR ЧАСТЬ)
Указанному фрагменту программы в памяти будет соответствовать следующая структура данных:
L
L
CDR
ЧАСТЬ
ЭТО
СТАНЕТ
МУСОРОМ
После того, как будет выполнена вторая строка программы, указатель L будет ссылаться только на остаток исходного списка и вся нижняя часть структуры , хотя и будет существовать в памяти, но будет уже недоступна (нет соответсвующего указателя, который позволил бы к ней добраться). Именно эта часть структуры и будет представлять "мусор". В процессе работы ЛИСП системы таких структур может образовываться много.
Имеется специальная программа garbage collector – сборщик мусора, которая обнаруживает ячейки без ссылок и помечает их как свободные.