はじめに

Lispプログラミング環境の作り方

第1章　関数型プログラミングとは何か――そして，それがなぜ難しいのか？

1.1 関数型プログラミングとは

• 1.1.1 純粋関数と参照透過性
• 1.1.2 副作用
• 1.1.3 関数型プログラミングの概観

1.2 関数型プログラミングの歴史

• 1.2.1 関数型プログラミング黎明期（1930～1960年代）ラムダ計算の誕生からLispへ
• 1.2.2 関数型プログラミング揺籃期（1970年代）Lisp v.s. MLの戦争
• 1.2.3 関数型プログラミング発展期（1980年代）AIによる黄金時代
• 1.2.4 関数型プログラミング雌伏期（1990年代）Lispの雌伏とHaskellの誕生
• 1.2.5 関数型プログラミング再生期（2000年代）F#やScalaらによる新たな時代に
• 1.2.6 関数型プログラミング言語第2次成長期（2010年代）IoT時代の関数型へ

1.3 関数型プログラミングは何がうれしいのか

• 1.3.1 再利用がしやすい
• 1.3.2 並列処理に向いている
• 1.3.3 バグが少ない
• 1.3.4 テストが行いやすい
• 1.3.5 コードの最適化／形式手法の適用／コードの自動生成に向いている
• 1.3.6 動的プログラミングができる――抽象的なプログラミングができる
• 1.3.7 その他のうれしいところ

1.4 関数型プログラミングはなぜ難しいのか

• 1.4.1 変数が使えない→破壊的代入文を伴う変数――副作用のないプログラム
• 1.4.2 代入文が使えない→破壊的代入文――副作用のないプログラム
• 1.4.3 配列が使えない→ミュータブルなデータ構造――副作用のないプログラム
• 1.4.4 再帰プログラミングがしにくい――副作用のないプログラム
• 1.4.5 連続的な関数適用がしにくい ――副作用のないプログラム
• 1.4.6 高階関数が難しい――関数型プログラミングの便利で難しい機能
• 1.4.7 評価戦略が面倒――関数型プログラミングの便利で難しい機能
• 1.4.8 他の機能が難しそう――関数型プログラミングの便利な機能
• 1.4.9 関数型の設計方法がわからない
• 1.4.10 パラダイムシフトがたいへん
• 1.4.11 関数型プログラミングは難しくない

1.5 関数型プログラミングを使いこなすには

• 1.5.1 副作用のないプログラムのために
• 1.5.2 関数型プログラミングの便利な機能のために
• 1.5.3 不純関数型プログラミングのススメ
• 1.5.4 非関数型プログラミング言語での関数型プログラミングのススメ

1.6 まとめ

第2章　関数型プログラミングを学ぶためのLisp超入門

2.1　Lisp事始め

• 2.1.1 Lispを関数型プログラミングの学習用言語として勧める理由
• 2.1.2 Lisp処理系の紹介
• 2.1.3 最初のLispプログラム「階乗計算 fact」
• 2.1.4 前置記法
• 2.1.5 動的型付け
• 2.1.6 S式――リストとアトム
• 2.1.7 Lispの評価戦略

2.2 Lisp関数一巡り

• 2.2.1 関数とマクロ，特殊形式
• 2.2.2 関数定義とif関数，比較関数，四則演算
• 2.2.3 特殊形式quoteとfunction
• 2.2.4 リスト
• 2.2.5 シンボル
• 2.2.6 真理値と述語関数
• 2.2.7 関数型プログラミング向きの関数
• 2.2.8 マクロ関数
• 2.2.9 Lispの手続き型機能
• 2.2.10 オブジェクト指向機能
• 2.2.11 その他の機能

2.3　Lispの関数型機能の実装――クロージャ

• 2.3.1 クロージャとその実装
• 2.3.2 シンプルなクロージャの例［1］
• 2.3.3 共通の環境を持つ複数のクロージャの例［2］

2.4 まとめ

第3章 関数型プログラミングの基本

3.1 関数

• 3.1.1 関数の定義ふたたび
• 3.1.2 関数であるために必要なもの――参照透過性と副作用がないこと
• 3.1.3 関数の利点――非純粋関数も含んだ関数の一般的な利点

3.2 ラムダ計算

• 3.2.1 ラムダ計算の記法と規則
• 3.2.2 カリー化
• 3.2.3 チャーチ数
• 3.2.4 ラムダ計算の性質

3.3 副作用

• 3.3.1 副作用の有無による関数の比較
• 3.3.2 状態の繰り込み
• 3.3.3 副作用の功績――副作用の功罪とは？
• 3.3.4 副作用の原罪――副作用の功罪とは？

3.4 リストの活用――イミュータブルなデータ構造

• 3.4.1 配列はミュータブル
• 3.4.2 リストはイミュータブル
• 3.4.3 リストによるリッチなデータ構造の実装――グラフ，ランダムアクセスリスト

3.5 再帰プログラミング

• 3.5.1 副作用再考
• 3.5.2 最初の再帰プログラム「階乗計算 fact」
• 3.5.3 再帰プログラミングの一般化
• 3.5.4 再帰プログラミングのスタックでの実装
• 3.5.5 再帰プログラミングのコツ――再帰の発見
• 3.5.6 再帰プログラムのパターン1――リストパターン
• 3.5.7 再帰プログラムのパターン2――整数パターン
• 3.5.8 再帰プログラムのパターン3――蓄積パターン
• 3.5.9 末尾再帰
• 3.5.10 再帰プログラミングのデバッグ――トレース
• 3.5.11 再帰プログラミングの効率と安全性

3.6 高階関数

• 3.6.1 1階関数と2階関数
• 3.6.2 高階関数の例――全数検索
• 3.6.3 高階関数の例――関数合成 compose
• 3.6.4 高階関数の例――mapとreduce
• 3.6.5 高階関数の例――カリー化
• 3.6.6 高階関数の実行速度と了解性

3.7 評価戦略――遅延評価

• 3.7.1 内側優先・左側優先戦略――正格評価
• 3.7.2 クロージャによる評価戦略の変更――非正格評価
• 3.7.3 マクロによる遅延評価の実装
• 3.7.4 項書き換えシステム
• 3.7.5 内側優先評価 vs. 外側優先評価
• 3.7.6 非正格評価（遅延評価）を使うタイミング

3.8 関数型指向設計

• 3.8.1 部品の組み合わせ設計
• 3.8.2 モジュール分割と差分開発
• 3.8.3 データ設計とデータ間の関係
• 3.9 関数型プログラミング周辺――総称関数，型推論，モノイド，モナド，FRP
• 3.9.1 総称関数（包括関数）generic function
• 3.9.2 型推論 type inference
• 3.9.3 モノイド monoid
• 3.9.4 モナド monad
• 3.9.5 関数型リアクティブプログラミング Functional Reactive Programming（FRP）

3.10 まとめ

第4章 プログラミングパラダイムの比較

4.1 オブジェクト指向プログラミングとの比較

• 4.1.1 オブジェクト指向の本質1――クラスによるカプセル化と情報隠蔽
• 4.1.2 オブジェクト指向の本質2――差分プログラミング
• 4.1.3 オブジェクト指向の利点と欠点
• 4.1.4 関数型プログラミングとの比較

4.2 手続き型プログラミングとの関係

• 4.2.1 手続き型プログラミングの本質 副作用による状態操作――配列と変数中心
• 4.2.2 手続き型プログラミングの理解――目的を知らせず命令ばかり
• 4.2.3 手続き型プログラミングの利点と欠点
• 4.2.4 関数型プログラミングとの比較

4.3 関数型プログラミングの分析

• 4.3.1 副作用がないプログラムとその効果
• 4.3.2 プログラムの作りやすさ
• 4.3.3 プログラムのわかりやすさ
• 4.3.4 プログラムの実行効率
• 4.3.5 関数型プログラミングの将来性

4.4 Javaで関数型プログラミング（参考）

• 4.4.1 状態操作のときは自分自身 thisのクローンを返す
• 4.4.2 他人のオブジェクトを変更するとき
• 4.4.3 オブジェクトのコピー

4.5 まとめ

第5章 関数型プログラミングの演習

5.1 再帰プログラミング入門演習

• 5.1.1 クイックソート（1階関数版）
• 5.1.2 ハイブリッド版クイックソート（1階関数版）
• 5.1.3 ハノイの塔
• 5.1.4 4本ハノイの塔

5.2 高階関数

• 5.2.1 全数検索
• 5.2.2 クイックソート（2階関数版）
• 5.2.3 クイックソート（2関数引数版）

5.3 イミュータブルデータのリスト

• 5.3.1 エイトクイーン
• 5.3.2 エイトクイーン（ハイブリッド版）
• 5.3.3 ドキュメント構造 - ツリートラバース
• 5.3.4 待ち行列（キュー）

5.4 状態

• 5.4.1 貯金箱と銀行
• 5.4.2 乱数とスロットマシン

5.5 遅延評価

• 5.5.1 たらい回し関数――tarai関数（竹内関数）
• 5.5.2 無限リスト

5.6 オブジェクト指向プログラム――カプセル化と差分プログラミング

• 5.6.1 学生と人間――カプセル化と差分プログラミングの第一歩
• 5.6.2 座標とウィンドウ――多重継承

5.7 オブジェクト指向と手続き型プログラムのリファクタリング――アンチパターン

• 5.7.1 不要なグローバル変数
• 5.7.2 不要なクラス
• 5.7.3 グローバル変数の連れ回し
• 5.7.4 アンチパターンのプログラムに最初にするリファクタリング

5.8 総合演習――Lisp処理系

• 5.8.1 構文解析の流れ
• 5.8.2 Lispの構文規則
• 5.8.3 構文解析――リテラルと関数適用
• 5.8.4 構文解析――特殊形式とリスト
• 5.8.5 コード生成

5.9 総合演習――オンライン書店

• 5.9.1 ビジネスオブジェクト――書籍
• 5.9.2 ビジネスロジック――ISBNと出版社の入力チェック
• 5.9.3 ビジネスロジック――データベースアクセスと階層リスト

5.10 まとめ

第6章 関数型プログラムの評価とリファクタリング

6.1 評価基準――コードメトリクス

• 6.1.1 コードメトリクスとは
• 6.1.2 コードサイズに関するメトリクス――コード行数，ステートメント数
• 6.1.3 項目数のメトリクス――関数呼び出し数
• 6.1.4 コードの複雑さのメトリクス――サイクロマティック数
• 6.1.5 再帰のメトリクス――再帰の段数

6.2 評価基準――コードレビュー

• 6.2.1 ネーミング
• 6.2.2 シンプル＆スモール――1関数1機能
• 6.2.3 抽象化――総称関数と高階関数のバランス
• 6.2.4 了解性と効率のバランス

6.3 関数型プログラムのリファクタリング

• 6.3.1 リネーム
• 6.3.2 関数抽出
• 6.3.3 末尾再帰化
• 6.3.4 副作用のないプログラムの再考

6.4 まとめ

おわりに

参考文献