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プログラミング言語Schemeの基礎を学ぶ(その3)

リストとは、文字通り複数の情報が並んだものです。 例えば従業員の情報を表すリストであれば、

1. 太陽 昇
2. 頂上 高志
3. 未来 明子

のように氏名がズラッと並んだものがリストになります。

では、実際にリストを利用してみましょう。 スクリプトファイル myscript.scm を以下のように修正してください。

修正箇所は2箇所あり、1箇所目は5行目で、

(innumber  outnumber)

を、

(innumber  (list 20 30))

に変更しています。 それまでは変数 innumberの初期値に変数 outnumberの中身をセットしていましたが、これを変更し "(list 20 30)" の結果を初期値とするようにしました。

手続き listはリストを作成するための手続きであり、"(list 20 30)" という命令で作成されるリストを入れ子のコンスセルで表現すると、

となります。 変数 innumberには、このリストが初期値として格納されます。

修正箇所の2箇所目は8行目で、

(set! outnumber (myfunc-addnumber 10 20))

を、

(set! outnumber (myfunc-addnumber innumber))

に変更しています。 関数 myfunc-addnumberに渡す引数を 10 と 20 から、変数 innumberの中身に変更しました。

変数 innumberの中身は 20 と 30 から構成されるリストです。 つまり、リストに含まれている 20 と 30 を渡して、結果の 50 を得ようという考えです。

では、実行してみましょう。 どうなるでしょうか。

1. エラーが発生する

上図のようにエラーが発生します。 エラー内容は、

1. "not enough arguments"

となっています。 エラー内容を直訳すると、

1. "引数が不足しています"

という意味になります。 引数が足りないゾ、と言って怒っています。

(define (myfunc-addnumber x y)

(set! outnumber (myfunc-addnumber innumber))

エラーが発生した原因はわかりました。 2つの引数を渡さなければいけないのに、2重の箱を1つだけ渡していることが原因です。 これを修正し、最初のコンスセルの中身の 20 と2番目のコンスセルの中身の 30 をそれぞれ取り出して渡すようにしましょう。

修正後のスクリプトファイル myscript.scm の内容は以下のようになります。

修正箇所は8行目で、

(set! outnumber (myfunc-addnumber innumber))

を、

(set! outnumber (myfunc-addnumber (car innumber) (car (cdr innumber))))

と修正しています。 新たな手続き car と cdr が登場しました。

手続き carと手続き cdrの意味がわかりました。 それでは、修正したスクリプトを実行してみましょう。

2. ウィンドウ下部に "Number is 50" と表示される

上図のようにウィンドウ下部に "Number is 50" と表示されます。 やりました、思い通りの結果です。

では、変更点である8行目が、どのように解釈され実行されたのか見ていきましょう。 8行目は、

(set! outnumber (myfunc-addnumber (car innumber) (car (cdr innumber))))

と修正しました。 手続き carはリストの最初のコンスセルの枠1の中身を取り出しますので、

(set! outnumber (myfunc-addnumber 20 (car (cdr innumber))))

と解釈されます。

続いて、手続き cdrの部分を見てみましょう。 手続き cdrはリストの最初のコンスセルの枠2の中身を取り出しますので、

(set! outnumber (myfunc-addnumber 20 (car (list 30))))

と解釈されます。 なお "(list 30)" は、

のことです。

さらにその外側にある手続き carによって、

(set! outnumber (myfunc-addnumber 20 30))

と解釈されます。 つまり、リストではなく、リストの中身を引数として渡している状態になりました。 結果、最終的に、"Number is 50" というメッセージが表示されました。

作成中のスクリプトは、少し省略して短く記述することができます。 具体的には、手続き carと手続き cdrの組み合わせの効果を、1つの手続き cadrで実現できるのです。

手続き cadrはリストの2番目のコンスセルの枠1の中身を取り出すためのものです。 今回のリストの、

からは、30が取り出されます。

実際に手続き cadrを使ってみましょう。 スクリプトファイル myscript.scm を以下のように修正してください。

修正したのは8行目で、

(set! outnumber (myfunc-addnumber (car innumber) (car (cdr innumber))))

を、

(set! outnumber (myfunc-addnumber (car innumber) (cadr innumber)))

に変更しています。

では、実行してみましょう。 どうなるでしょうか。

1. ウィンドウ下部に "Number is 50" と表示される

上図のようにウィンドウ下部に "Number is 50" と表示されます。 修正前と同じ結果です。

このように、2番目のコンスセルの中身を取り出す命令である、

(car (cdr innumber))

は、

(cadr innumber)

と短く記述できる、という話題でした。

作成中のスクリプトでは、

(innumber  (list 20 30))

のように、手続き listを利用してリストを作成しています。 手続き listを利用するのは悪いことではありませんが、ここでは別の方法についても紹介しておきます。

リストを作成する別の方法とは、手続き quoteを使う方法です。 ただし、手続き quoteを使いたくて使うわけではありません。 手続き listを使わずに、かつ、簡単にリストを作るには手続き quoteを使うしかないのです。

少々難し話になりますが、順を追って説明します。 実際にスクリプトを実行しながら話を進めていきましょう。 なお、スクリプトファイルから読み込ませるのではなく、Script-Fu コンソールから実行します。

では、Script-Fu コンソールからスクリプトを打ち込んでみましょう。 まずは、リストとは関係のない四則演算するだけのスクリプトです。

1. '(- 10 (+ 1 3))'と打ち込む

上図のようにScript-Fu コンソールを開き、[参照(B)...]ボタンの左側の入力欄に、

(- 10 (+ 1 3))

(- 10 (+ 1 3))

と打ち込んでください。 最後にEnterキーを押すのを忘れないでください。

2. Script-Fu コンソールの上部に 6 が表示される

上図のようにScript-Fu コンソールの上部に 6 と表示されます。 1 と 3 が加算された結果である 4 が 10 から引かれた結果です。

今回実行したスクリプトでは、まずは加算の命令である "(+ 1 3)" が実行されます。 その結果は 4 ですので、続いて、

(- 10 4)

と解釈されて実行されます。 結果はもちろん 6 になります。 ここまでは難しいことはありません。

ではここで、スクリプトをちょっとだけ変えてみましょう。

3. '(- 10 4)'と打ち込む

上図のようにScript-Fu コンソールから、

(- 10 4)

(- 10 4)

と打ち込んでください。

4. Script-Fu コンソールの上部に 6 が表示される

上図のようにScript-Fu コンソールの上部に 6 と表示されます。 打ち込んだスクリプトは変えましたが、結果は同じになりました。

ここで一度整理しておきましょう。 最初に実行したスクリプトの、

(- 10 (+ 1 3))

という命令の中にある加算の命令 "(+ 1 3)" の部分を変更し、

(- 10 4)

と打ち込みましたが、結果は変更前と同じになりました。 なお、結果が同じになることに驚きはないと思います。

結果が同じというなら、今回の変更点である、

(- 10 (+ 1 3))

という行を、

(- 10 4)

に変更したことには、一体どういう意味があるのでしょうか。 それとも意味などなかったのでしょうか。 大丈夫、意味はあります。 今回の変更による意味は、

1. 手続き +を実行していないのでスクリプトの動作が速くなった

ということです。 命令 "(+ 1 3)" の結果はわかっているんだから、最初から "4" と記述すればいい、ということです。

変更前のスクリプトである、

(- 10 (+ 1 3))

は、『1 と 3 と足したものを 10 から引きなさい』という指示です。 一方、変更後の、

(- 10 4)

は、『10 から 4 を引きなさい』という指示です。 実行する命令が1つ減っている分だけ動作が速くなるのです。

では、リストの話題に戻りましょう。 リストを題材に、同じように結果がわかっている部分を置き換えてみましょう。 引き続き、Script-Fu コンソールからスクリプトを打ち込んでいきます。

5. '(cadr (list 1 2 3))'と打ち込む

上図のようにScript-Fu コンソールから、

(cadr (list 1 2 3))

(cadr (list 1 2 3))

と打ち込んでください。

6. Script-Fu コンソールの上部に 2 が表示される

上図のようにScript-Fu コンソールの上部に 2 と表示されます。 手続き cadrは2番目のコンスセルのcar部を取り出しますので 2 が取り出されました。

では続いて、手続き listの命令だけを実行してみましょう。 置き換えたい部分が、まさにココです。

7. '(list 1 2 3)'と打ち込む

上図のようにScript-Fu コンソールから、

(list 1 2 3)

(list 1 2 3)

と打ち込んでください。

8. Script-Fu コンソールの上部に (1 2 3) が表示される

上図のようにScript-Fu コンソールの上部に (1 2 3) と表示されます。 ここで注目すべきはリストの表現です。 見ての通り、'(' と ')' で囲まれています。

そうです、リストはカッコで囲まれて表現されるのです。 文字列が二重引用符 (") で囲まれているように、リストは カッコで囲まれて表現される、というわけです。

では、そろそろ本題です。 前出のスクリプトの手続き listの部分を置き換えてみましょう。

(list 1 2 3)

の部分を、

(1 2 3)

に置き換える、という意味です。

9. '(cadr (1 2 3))'と打ち込む

上図のようにScript-Fu コンソールから、

(cadr (1 2 3))

(cadr (1 2 3))

と打ち込んでください。

10. Script-Fu コンソールの上部に "Error: illegal function" が表示される

上図のようにScript-Fu コンソールの上部に "Error: illegal function" と表示されます。 エラーが発生し、スクリプトは実行されませんでした。

エラーの原因は、みなさんお気づきの通りに、

(cadr (1 2 3))

の "(1" が命令の始まりと解釈されたからです。 つまり、"1" という手続きを実行しようとしたのです。 そんな手続きは存在しないためエラーとなりました。

前述のように、文字列が二重引用符 (") で囲まれるのと同じように、リストはカッコで囲まれて表現されます。 でも、カッコは命令の始まりでもあるのです。 さあ、困りました。 "(1 2 3)" は命令ではなくリストですよ、とSchemeに伝えなくてはなりません。

そこで登場するのが手続き quoteです。 手続き quoteは、『ここからここまでは命令とは解釈しないてください』とSchemeに伝えるための手続きです。

では、実際に手続き quoteを使ってみましょう。

11. '(cadr (quote (1 2 3)))'と打ち込む

上図のようにScript-Fu コンソールから、

(cadr (quote (1 2 3)))

(cadr (quote (1 2 3)))

と打ち込んでください。

12. Script-Fu コンソールの上部に 2 が表示される

上図のようにScript-Fu コンソールの上部に 2 と表示されます。 無事、期待通りの結果を得ることができました。

説明が長くなりましたが、手続き listを使わずにリストを作成する方法を解説することができました。 ここで一度整理すると、

(list 1 2 3)

という記述は、

(quote (1 2 3))

のように書き換えることができる、ということです。 意味は同じではありませんが、結果は同じになります。

(quote (1 2 3))

'(1 2 3)

(list 1 2 3)

(quote (1 2 3))

'(1 2 3)

手続き consはリストの先頭に情報を追加するのに適しています。 では、リストとリストを連結させるにはどうすればいいのでしょうか。

リストとリストを結合するには、

(innumber  (append (list 1 2) (list 20 30)))

のように手続き appendを使います。 上記のスクリプトの結果を、入れ子のコンスセルで表現すると、

となります。