2025年快速：通过画图了解Racket

大家好，我是讯享网，很高兴认识大家。

本教程使用一个Racket的一个画图库对Racket做一个简短的介绍。画图库包含了一些有趣的例子，尽管你并不打算使用Racket进行艺术创作。毕竟，一图胜千言。

我们假定你会用DrRacket运行这些示例。使用DrRacket是直观感受Racket语法的最快方式，虽然实际上你可能用的是Emacs，vi，或其他编辑器。

1 准备

下载Racket，安装，然后打开D人Racket。

2 设置

DrRacket文档在此。

首先我们需要导入一个用来制作幻灯片的库，其中有一些画图函数。将下面的代码复制到DrRacket的代码编辑区。

#lang slideshow

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然后点击运行按钮，你将看到光标移动到下方的交互区。

如果你之前使用过DrRacket，你可能需要先通过语言|选择语言菜单设置语言，然后点击运行。

3 开始

当你在交互区的>后输入表达式然后回车，DrRacket就会进行求值并打印结果。表达式可以仅仅是一个值，比如数字5或字符串"art gallery"：

讯享网> 5 5 > "art gallery" "art gallery"

表达式也可以是函数调用。调用函数需要用括号包裹，参数放在函数名后用空格分隔，如下：

> (circle 10) ⚪

circle函数的结果是一张图片，就像打印数字或字符串一样。circle的参数是圆的大小(像素)。就像你能猜到的那样，也有rectangle函数接受两个参数：

讯享网> (rectangle 10 20) ▯

试着给circle两个参数，看看会发生什么：

> (circle 10 20) circle: arity mismatch; the expected number of arguments does not match the given number expected: 1 plus optional arguments with keywords #:border-color and #:border-width given: 2 arguments...: 10 20

DrRacket用红色高亮出错的表达式(本文未展示)。

除了基本的构造函数circle和rectangle，也有hc-append函数用来连接图片。示例如下：

讯享网> (hc-append (circle 10) (rectangle 10 20)) ○▯

中划线是函数名的一部分。函数名中h的含义是水平拼接，c表示垂直居中。

想要获取帮助或者查看更多函数，将光标移至hc-append然后按F1，DrRacket将为你打开新天地。

如果你是阅读原文，可以直接点击链接进行跳转。

4 定义

如果要重复使用一个圆形或方形图片，就需要给他们命名。回到代码编辑区输入以下代码。

#lang slideshow (define c (circle 10)) (define r (rectangle 10 20))

点击运行，现在你可以直接使用c或r了：

讯享网> r ▯ > (hc-append c r) ○▯ > (hc-append 20 c r c) ○ ▯ ○

如你所见，hc-append函数可以接收任意数量的图片参数，并且在图片参数前接受一个可选的数字参数，表示图片之间的间隔大小。

我们可以在交互区求值编辑器写的表达式。通常编辑区用来书写需要保存的代码，交互区用来测试和debug。

让我们来添加一个函数定义。函数也是用define定义，就像定义变量一样，不同的是函数名和参数需要用括号包裹，函数名和参数，以及参数与参数之间用空格分隔：

(define (square n) ; A semi-colon starts a line comment. ; The expression below is the function body. (filled-rectangle n n))

函数定义决定了如何调用函数：

讯享网> (square 10) ■

同样，定义也可以在交互区求值，表达式也可以写在编辑区。程序运行时，编辑区表达式的值会显示在交互区。从现在开始，我们的示例会把定义和表达式写在一起，你可以在你喜欢的地方写。但是建议将定义写在编辑区。

5 临时绑定

define关键字可以用来创建临时绑定。比如它可以用在函数体内：

(define (four p) (define two-p (hc-append p p)) (vc-append two-p two-p)) > (four (circle 10)) ◯◯ ◯◯

通常，Racker程序员使用let或let*表示临时绑定。好处是let可以用在任何需要表达式的地方，并且可以一次绑定多个变量：

讯享网(define (checker p1 p2) (let ([p12 (hc-append p1 p2)] [p21 (hc-append p2 p1)]) (vc-append p12 p21))) > (checker (colorize (square 10) "red") (colorize (square 10) "black")) 🟥⬛ ⬛🟥

let同时绑定了多个变量，因此它们之间不能相互引用。let*则允许后面的绑定使用之前的绑定：

(define (checkerboard p) (let* ([rp (colorize p "red")] [bp (colorize p "black")] [c (checker rp bp)] [c4 (four c)]) (four c4))) > (checkerboard (square 10)) 🟥⬛🟥⬛🟥⬛🟥⬛ ⬛🟥⬛🟥⬛🟥⬛🟥 🟥⬛🟥⬛🟥⬛🟥⬛ ⬛🟥⬛🟥⬛🟥⬛🟥 🟥⬛🟥⬛🟥⬛🟥⬛ ⬛🟥⬛🟥⬛🟥⬛🟥 🟥⬛🟥⬛🟥⬛🟥⬛ ⬛🟥⬛🟥⬛🟥⬛🟥

函数也是值

尝试直接输入circle求值而不是调用它：

讯享网> circle #<procedure:circle>

即标识符circle绑定到了一个函数(也称过程)，就像c绑定到一个圆。与圆形图片不同的是，函数没法打印，因此DrRacket只是打印了#<procedure:circle>。

这个例子表明函数也是值，就像数字或图片一样。因此你可以定义函数接收其他函数作为参数：

(define (series mk) (hc-append 4 (mk 5) (mk 10) (mk 20))) > (series circle) ○◯⚪ > (series square) ◾◼⬛

当函数作为参数时，参数中的函数通常不会在别的地方调用。通过define定义函数就会很麻烦，因为你需要给他取个名字并且找个地方放函数定义。替代方案是是用lambda表达式创建匿名函数：

讯享网> (series (lambda (size) (checkerboard (square size)))) ;;此处有图！实在画不出来了，大家自行尝试。

lambda后的括号中是函数参数，参数后的表达式是函数体。使用"lambda"而不是"function"或"procedure" 乃是Racket的历史和文化。

使用define定义函数的语法只是使用define和lambda定义函数的简写。例如函数series也可以定义如下：

(define series (lambda (mk) (hc-append 4 (mk 5) (mk 10) (mk 20))))

更多人偏向用简写形式的define定义函数，而不是展开成lambda表达式。

7 文字作用域

Racket是一个文字作用域语言，这意味着一旦标识符在表达式中被使用，那么在表达式的作用域内，绑定都是可见的。此规则也适用lambda表达式。

在下面的rgb-series函数中，每个lambda表达式中的mk都指向参数中的mk，因为它们在相同的作用域。

讯享网(define (rgb-series mk) (vc-append (series (lambda (sz) (colorize (mk sz) "red"))) (series (lambda (sz) (colorize (mk sz) "green"))) (series (lambda (sz) (colorize (mk sz) "blue"))))) > (rgb-series circle) ;;自行尝试 > (rgb-series square) ;;自行尝试

另一个例子，函数rgb-maker接收一个函数并返回一个新的函数，新函数持有返回它的函数中的绑定，也就是闭包。

(define (rgb-maker mk) (lambda (sz) (vc-append (colorize (mk sz) "red") (colorize (mk sz) "green") (colorize (mk sz) "blue")))) > (series (rgb-maker circle)) ;;自行尝试 > (series (rgb-maker square)) ;;自行尝试

注意两个函数答应结果的不同之处。

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8 列表

Racket的许多风格都继承自Lisp，Lisp的名字最初代表“列表处理器”，列表仍然是Racket的重要组成部分。

list函数任意数量的参数，并返回一个包含这些参数的列表。

讯享网> (list "red" "green" "blue") '("red" "green" "blue") > (list (circle 10) (square 10)) '(⚪ ⬛)

如你所见，列表打印结果是一个单引号和括号包裹的元素。有个令人疑惑的点是括号同时用于表达式，比如(circle 10)，和答应结果，比如'("red" "green" "blue")。关键不同的在于引号，这里有详细说明。为了强调这个区别，文档和DrRacket中，结果中的括号是蓝色，不同于表达式中的括号。

map函数接收一个列表和一个函数，并将函数应用到列表的每个元素，返回一个新的列表。

(define (rainbow p) (map (lambda (color) (colorize p color)) (list "red" "orange" "yellow" "green" "blue" "purple"))) > (rainbow (square 5)) '(🟥🟧🟨🟩🟦🟪)

与map类似，apply函数也接受一个函数和一个列表，不同的是apply的函数接受整个列表作为参数，而不是接受列表中元素作为参数。对于可变参数函数，apply是非常有用的，比如vc-append：

讯享网> (apply vc-append (rainbow (square 5))) 🟥 🟧 🟨 🟩 🟦 🟪

注意，vc-append (rainbow (square 5)))是错误的，因为vc-append的参数不是列表，而是可变数量的图片。apply函数就是可变参数函数和列表之间的桥梁。

9 模块

由于你的编辑窗口的第一行代码是#lanf slideshow，你在编辑窗口写的所有代码都在同一个模块中。而且，初始化会导入slideshow模块的所有函数。

使用require可以导入其他库。例如pict/flash库中有一个filled-flash函数：

(require pict/flash) > (filled-flash 40 30) ;;一个带刺的椭圆

模块的命名和发布有多种方式：

一些模块打包在Racket的发行版中，另一些则安装在层级目录。例如，模块pict/flash意味着模块实现放在pict集合flash.rkt文件中。如果一个模块名没有斜杠，在引用main.rkt文件。
有些模块以包的形式分发。包可以通过文件→安装包菜单或者raco pkg命令行工具安装。
包可以注册到https://pkgs.racket-lang.org/，或者直接从Git仓库、网站、文件或目录安装。更多请参考官方文档。

有些模块相对于其他模块存在，而不属于特定的包。例如，将之前的代码保存为"quick.rkt"，并加上下面这行代码：
```
讯享网(provide rainbow square) 
```
然后新建一个"use.rkt"文件和"quick.rkt"放到同一个目录，并输入以下代码：
```
#lang racket (require "quick.rkt") (rainbow (square 5)) 
```
当你运行"use.rkt"时，就能看到输出彩虹了。注意，"use.rkt"初始化导入的是racket，它本身并没有画图的函数，但是有require和函数调用语法。

Racket通常将程序写成库或者模块，然后通过相对路径或集合路径导入。以这样的方式开发是有帮助的，特别是使用Git仓库存储时。

10 宏

来尝试一个新的库：

讯享网(require slideshow/code) > (code (circle 10)) (circle 10)

[image]

结果不是圆，而是打印出了代码本身。换句话说，code不是一个函数，而是一种新的创建图片的语法；code后面也不是一个表达式，而是被code语法操作。

这也解释了为什么上一节我们会说racket提供了require和函数调用语法。库不是只能导出值，比如函数，也可以定义新的语法。从这个意义上说，Racket完全不是一种语言；它更多的是关于如何构建一种语言的想法，这样你就可以扩展它或者创造全新的语言。

引入新语法的其中一种方式是通过define-syntax定义语法规则：

(define-syntax pict+code (syntax-rules () [(pict+code expr) (hc-append 10 expr (code expr))])) > (pict+code (circle 10)) ○ (circle 10)

这种定义就是一个宏。(pict+code expr)是使用宏的一个模式。程序中模式会被相应的模板替换，也就是(hc-append 10 expr (code expr))。其中，(circle 10)匹配上expr，因此最后被替换成(hc-append 10 (circle 10) (code (circle 10)))。

当然，这种句法扩展是有利有弊的：发明一种新的语言可以让你更容易表达，但却让别人更难理解。

事实上，这篇文档的原文也是用扩展的Racket编写的，链接奉上，可能要上些手段才能打开。

11 对象

对象系统是语言扩展的另一个例子，也很值得学习。即使有lambda，有时对象也比函数更方便，特别是图形界面编程。Racket的GUI接口和图形系统就是用对象和类来表达的。

类是通过racket/class库实现的，GUI和画图类由racket/gui/base库提供。按惯例，类名以%结尾：

讯享网(require racket/class racket/gui/base) (define f (new frame% [label "My Art"] [width 300] [height 300] [alignment '(center center)])) > (send f show #t) ;;一个窗口

new关键字创建一个类的实例，初始化参数如label，width通过名称指定。send用来调用一个对象上的方法，如show，参数就跟在方法名后，此例中的#t就是布尔值"true"。

通过sldeshow生成的图片封装了一个函数，可以使用图形工具箱的绘图指令将图片渲染到一个绘图上下文，比如一个帧中的画布。sldeshow的make-pict-drawer函数可以暴露图片的绘制函数。我们可以在画布绘制回调中使用make-pict-drawer将图片绘制到画布。

(define (add-drawing p) (let ([drawer (make-pict-drawer p)]) (new canvas% [parent f] [style '(border)] [paint-callback (lambda (self dc) (drawer dc 0 0))]))) > (add-drawing (pict+code (circle 10))) #(struct:object:canvas% ...) > (add-drawing (colorize (filled-flash 50 30) "yellow")) #(struct:object:canvas% ...)

[image]
每个画布都会拉伸到与帧相同的大小，这是帧管理子对象的默认方式。

12 接下来

本文有意避免了传统介绍Lisp和Scheme的方式：前缀函数、符号、引号，准引用列表，eval，一级延续，以及所有语法都是lambda的语法糖。虽然这些都是Racket一部分，但不是日常编程的主要成分。

相反，Racket程序员通常用函数、记录、对象、异常、正则表达式、模块和多线程编程。也就是说，与“极简主义”语言——这是Scheme经常被描述的方式——不同的是，Racket提供了一种丰富的语言，有一套广泛的库和工具。

如果你是新手，或者有耐心去看课本，我们推荐阅读How to Design Programs。如果你已经读过，或者你想知道这本书会带给你什么，可以看Continue：Web Applications in Racket。

对于老司机，可以看系统编程More：Systems Programming with Racket。

若想全面深入学习Racket语言和工具，移步The Racket Guide。

写在最后：

这篇文章只是一篇带有趣味性的介绍文章，从中我们可以看到一些Racket的语法以及它能做什么。不得不说Lisp家族语言还是非常强大的。如果看完本文感到对Racket有兴趣的话，一定要去官网看看文档。其实这篇文档也是官网上的。

本文翻译在许多地方按中文习惯做了调整，我也是刚接触Racket，有些专业名称应该翻译不准，希望不会误人子弟，有条件的话建议看下原文。

如有纰漏，万望指出。