Algorithmische Komposition mit Common Lisp

S-Expression

Eine S-Expression (symbolic expression, abgekürzt auch sexpr) ist ein zusammengesetzer Ausdruck. Hierzu zählen alle Ausdrücke, die als Liste dargestellt werden, das heisst Ausdrücke, die von runden Klammern eingerahmt werden. Listen sind ein wesentliches Charakteristikum aller Lisp Dialekte (der Name Lisp steht für *LIS*t *P*rocessing). Semantisch können Listen grob ausgedrückt drei unterschiedliche Funktionen erfüllen:

Daten

Daten sind semantisch eher passive Komponenten, die der Speicherung von Informationen in verschiedenster Formen dienen.

;; Listen als Daten

'(0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29)

'(Youngju Andrés Miki Elias Richard Camilo Amir Ioannis Junsun Juan Hanyu Raphaël)

'((Helmut Lachenmann) (Luigi Nono) (Karlheinz Stockhausen) (Salvatore Sciarrino))

'((c fis cis) (g es) (a gis))

Funktionsaufrufe

Funktionsaufrufe sind im Unterschied zu Daten aktive Teile eines Programms, die dazu dienen können, Daten zu erzeugen, zu transformieren oder irgendwelche Prozesse in Gang zu setzen, wie beispielsweise das Drucken von Informationen oder allgemeinen grafischen Darstellungen auf dem Bildschirm, das Lesen oder Erzeugen von Dateien oder auch das Erzeugen bzw. Abspielen von Klängen.

(* 7 3 4) ;; -> 84

(print "Hallo Welt") ;; -> "Hallo Welt"

(append '(1 2) '(3 4 5)) ;; -> (1 2 3 4 5)

special forms bzw. macro forms

special forms sind spezielle syntaktische Konstrukte, die die Strukturierung von Programmabläufen ermöglichen, die sich nicht über Funktionsaufrufe realisieren lassen. Bei Common Lisp sind es Listen, die mit folgenden Symbolen beginnen: block, catch, eval-when, flet, function, go, if, labels, let*, let, load-time-value, locally, macrolet, multiple-value-call, multiple-value-prog1, progn, progv, quote, return-from, setq, symbol-macrolet, tagbody, the, throw und unwind-protect.

(if (< 4 5) 'kleiner 'groesser) ;;; -> kleiner

(let ((i 3)) i) ;;; -> 3

Ähnlich wie special forms ermöglichen macro forms (oder Makros) spezielle syntaktische Konstrukte. Bei Makros handelt es sich um Definitionen, wie Listen in andere Listen transformiert und dann evaluiert werden. Neben vielen bereits von Common Lisp bereitgestellten Makros ermöglicht das Makro "defmacro" auch die Definition eigener Makros und damit die Erweiterung der Sprache Common Lisp durch neue syntaktische Formen.

(cond
  ((< 2 1) 'kleiner)
  ((> 2 1) 'groesser)
  (t 'gleich)) ;; -> groesser

(defun square (x) (* x x)) -> square

Listen

       (* 3 4 5)
       (if (< 3 5) 'kleiner 'groesser)
       '(1 2 3 4)


       ;      list-Funktionen:
       ;      list, append, reverse, length, first, rest, butlast, last, member, nth

       ;      list erzeugt eine Liste
       (list 1 2 3)

       ;      vgl.
       (1 2 3) ; => ERROR

       ;      Symbole muessen quotiert werden, um vor der Evaluierung bewahrt zu werden:
       (list 1 'zwei "drei")

       ;      vgl.
       '(1 zwei "drei")

       ;      Backquote und Komma:
       `(,(- 2 1) zwei "drei")

       ;      vgl.
       `((- 2 1) zwei "drei")

       ;      andere Listenfunktionen
       (append '(1 2 3) '(4 5 6))
       (reverse '(1 2 3))
       (length '(1 2 3))
       (first '(1 2 3))
       (rest '(1 2 3))
       (butlast '(1 2 3))
       (last '(1 2 3)) ; !!! Scheme: => 3, CommonLisp: => (3) !!!
       (nth '(1 2 3) 1) ; !!! CommonLisp: (nth 1 '(1 2 3)) !!!
       (member 2 '(1 2 3))
       (member 4 '(1 2 3))

       ;;     Random

       ;      Random-Funktionen
       ;      random, between, pick, shuffle, odds, vary

       (random 3)
       (random 3.0)
       (between 10 20)
       (+ (random 10) 10)
       (shuffle '(1 2 3 4 5 6))
       (pick '(1 2 3 4 5 6))
       (between 10.0 20)

       (odds 0.2 "unwahrscheinlich" "wahrscheinlich")

       (vary 10 0.1)                           ; weicht von 10 um max 10% (= 1) ab 


       ;;     Mapping

       ;      Mapping-Funktionen
       ;      key, note, rhythm, rescale, interp, scale-order

       (key '(df4 c5 df5 af5))
       (note '(61 72 73 68))
       (rhythm '(s q h))
       (rescale 2 1 3 400 600)
       (interp 4 '(0 0 8 100))
       (scale-order '(1 5 3 2 6 0 7))

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       ;;; 2. Variablen
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       ;;     global: define
       ;;     !!! COMMONLISP defvar !!!

       (define var (random 10.0))

       (list var (* var 10)(- var 1))

       var

       ;;     local: let / let*

       (let ((var (random 10.0)))
         (list var (* var 10)(- var 1)))

       (let* ((var (random 10.0))(var1 (* var 10))(var2 (- var 1)))
         (list var var1 var2))

       ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
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       ;;; 3. Funktionen
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       ;;     define
       ;;     !!! COMMONLISP: defun !!!

       (define (average a b)
         (/ (+ a b) 2))

       (average 9 11)

       (define (malvier x) (* x 4))
       (malvier 5)

       ;;     keyword-Argumente
       ;;     [ !!! COMMONLISP: &optional bzw. &key !!! ]
       ;;     define* statt define erlaubt optionale und keyword-Argumente

       (define* (func name (adjectiv "guter"))
         (string-append name " war ein " adjectiv " Komponist"))

       (func "Beethoven")
       (func "Stockhausen" "rheinischer")

       (define* (ton time (pitch "c4")(duration "quarter")(loudness "soft")(instrument "piano"))
         (list time pitch duration loudness instrument))
       (ton 0)
       (ton 0 :instrument "oboe")
       (defun ton (time &key (pitch 60) (duration 1) (amplitude 0.5)(instrument "piano"))
           (list time pitch duration amplitude instrument))
       (ton 0 :duration 3 :instrument "viola")

       ;;    rest-Argumente
       ;;    !!! COMMONLISP: &rest !!!

       (define (order . numbers)
         (scale-order numbers))

       (order 1 4 2 5 4 1 7 4 3 10 22 1 333)

; => ERROR


       ;      Quotation

       'a

;;; Einfuehrung: Sexpr Variablen Funktionen

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;;; Referenz:
;;; Heinrich Taube, Notes from the Metalevel, Kapitel 2-6 
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;;; 0. Oberflaeche:
;;;    Console und Textfiles

;      Programme werden auf Textfiles geschrieben
;      Evtl. Textausgabe erfolgt in der Console
;      Zu Tastaturbefehlen siehe im Menu:
;      -> Help -> Code Editor
;      Die Syntax 'Sal' werden wir im Kurs nicht beruecksichtigen

;;;    Documentatiom
;;;    Notes from the Metalevel