Lisp 列表是否总是在后台实现为链表？
Are Lisp lists always implemented as linked lists under the hood?
Lisp 列表是否总是在幕后实现为链表？
就处理器缓存而言，这是一个问题吗？如果是这样，是否有使用更多有助于缓存的连续结构的解决方案？
据我了解，Clojures 的序列实现为 VLists。是的，lists 通常是 Lisps 中的链表（尽管我确信有一两个实验性构建使用了其他东西）。
链接对是通常的实现方式，但过去也有其他方法。
CDR 编码是一种列表压缩方案，旨在提高某些 Lisp 机器上的硬件支持的缺点列表的连续性和数据大小。基本思想是使用标签来指示 cons 的形状：一种可能性是将下一个 cons 直接存储在第一个元素之后，基本上省略 cdr 字段。
下一个缺点本身可以用相同的方式压缩，因此在有利的情况下，您最终会得到一个具有出色连续性的类似数组的结构。 （它不完全是一个数组，因为必须有 space 用于标记信息，并且您不能对其进行索引。）
其中一个棘手的部分是有效地支持 car 和 cdr 压缩内容的变异。 （参见 Steele 的论文，"Destructive Reordering of CDR-Coded Lists"。）如果 cons 是不可变的，则标记方案可以更简单。 This FAQ 对权衡进行了一些有趣的讨论。
CDR 编码的一个缺点是，由于缺点可能有多种不同 'shapes'，列表操作需要在标签上分派。这引入了代码大小和分支预测错误成本。这些成本使该功能的吸引力大大降低，以至于我不知道任何使用 CDR 编码的现代 Lisp 实现。
在考虑连续性的情况下，Lisp 程序员通常会简单地使用数组。
Lisp 实现通常可以将一些值直接存储在 cons 单元中：fixnums、characters，...对于其他所有内容，指针将存储在 car 或 cdr.[=15= 中]
现在几乎所有使用 cons 单元的实现 不 使用像 cdr-coding.
这样的优化
内存局部性通常通过使用复制/压缩/分代垃圾收集器来改进。
copying -> 当一个space满了，GC会复制list并将新的cell分配到一个新的存储区
压缩 -> 一些消除内存间隙或类似的方案
generational -> 存活时间更长的对象会被提升到不同的存储区。因此，在一些 GC 中幸存下来的列表将被复制到另一代，并且单元格将彼此相邻分配。
有时以上 GC 策略会以奇特的方式组合。
另请注意，在许多 Lisp 程序中，许多 cons 单元可能是短暂的：
(mapcar #'1+
(mapcar #'isqrt '(10 20 30 40 50)) ; <- result is 'garbage'
)
整数平方根列表立即就是垃圾。该函数将只遍历新的 cons 单元并分配新的新 cons 单元，并且不会有太多缓存非局部性。
cons 单元格的分配可以通过使用破坏性操作来减少。上面可以写成：
CL-USER 24 > (let ((s (mapcar #'isqrt '(10 20 30 40 50))))
(map-into s #'1+ s))
(4 5 6 7 8)
这将摆脱一个分配列表并进一步改善局部性。
Rainer 已经提到各种内存管理技术有助于局部性。我想展示两个使用 SBCL 的实验来说明他的观点。
首先，一个快速实用程序，用于打印列表中每个 cons 的地址。
(defun print-addresses (list)
(mapl (lambda (cons)
(format t "address: 0x~X~%"
(sb-kernel:get-lisp-obj-address cons)))
list))
在第一个实验中，我们可以看到分配是连续的，因此我们可以创建一个包含 10 个元素的列表，并查看它们的原始地址，显示它们靠得很近：
> (print-addresses (loop repeat 10 collect 'dummy))
address: 0x1003F57167
address: 0x1003F57177
address: 0x1003F57187
address: 0x1003F57197
address: 0x1003F571A7
address: 0x1003F571B7
address: 0x1003F571C7
address: 0x1003F571D7
address: 0x1003F571E7
address: 0x1003F571F7
第二次实验。如果我们在两者之间做一些不相关的分配怎么办？让我们将这样一个列表分配给一个变量，以便我们稍后可以戳它。
(defparameter *another-list*
(loop repeat 10
;; using eval to trick the compiler into
;; compiling this piece of dummy code
do (eval '(make-array (random 1000)))
collect 'dummy))
我们可以看到这次地址更加随机：
> (print-addresses *another-list*)
address: 0x10046E9AF7
address: 0x10046EB367
address: 0x10046ECB97
address: 0x10046EE827
address: 0x10046EF247
address: 0x10046F1F17
address: 0x10046F2007
address: 0x10046F3FD7
address: 0x10046F5E67
address: 0x10046F6887
现在，如果我们用 (sb-ext:gc) 调用 GC，我们可以看到它已经将 cons 打包在一起：
> (sb-ext:gc)
> (print-addresses *another-list*)
address: 0x1004738007
address: 0x1004738017
address: 0x1004738027
address: 0x1004738037
address: 0x1004738047
address: 0x1004738057
address: 0x1004738067
address: 0x1004738077
address: 0x1004738087
address: 0x1004738097
在这些示例中，我们没有评估列表元素的位置，我想那是另一天的实验。 :-)
哲学上 "right" 的答案是 "Lisp has no lists, only CONSes"。 Conses 通常用于构建列表，以至于 CL 标准和库中的许多函数都对这些类型的列表进行操作。但是 conses 也可以用来构建其他类型的结构，比如地图或图表。所以在（传统的）Lisps 中，基本的数据结构是缺点，而不是列表。该列表只是缺点的一个方便应用。所以，"Lisp lists" 你真正的意思是 "lists implemented with Lisp conses" 而那些，好吧，不能用不同于 conses 的东西来实现；）
当然还有其他答案中提到的 CDR 编码等技术，可用于有效地表示某些基于 cons 的结构。还有一些库提供不基于链接条件的列表数据结构（如 Common Lisp 的 FSet）。
对于像 Common Lisp 和 Scheme 这样的 "traditional" Lisp 来说是这样。 Clojure 确实有列表作为基本数据类型，而 AFAIK 根本没有缺点。
Lisp 列表是否总是在幕后实现为链表？
就处理器缓存而言，这是一个问题吗？如果是这样，是否有使用更多有助于缓存的连续结构的解决方案？
据我了解，Clojures 的序列实现为 VLists。是的，lists 通常是 Lisps 中的链表（尽管我确信有一两个实验性构建使用了其他东西）。
链接对是通常的实现方式，但过去也有其他方法。
CDR 编码是一种列表压缩方案，旨在提高某些 Lisp 机器上的硬件支持的缺点列表的连续性和数据大小。基本思想是使用标签来指示 cons 的形状：一种可能性是将下一个 cons 直接存储在第一个元素之后，基本上省略 cdr 字段。
下一个缺点本身可以用相同的方式压缩，因此在有利的情况下，您最终会得到一个具有出色连续性的类似数组的结构。 （它不完全是一个数组，因为必须有 space 用于标记信息，并且您不能对其进行索引。）
其中一个棘手的部分是有效地支持 car 和 cdr 压缩内容的变异。 （参见 Steele 的论文，"Destructive Reordering of CDR-Coded Lists"。）如果 cons 是不可变的，则标记方案可以更简单。 This FAQ 对权衡进行了一些有趣的讨论。
CDR 编码的一个缺点是，由于缺点可能有多种不同 'shapes'，列表操作需要在标签上分派。这引入了代码大小和分支预测错误成本。这些成本使该功能的吸引力大大降低，以至于我不知道任何使用 CDR 编码的现代 Lisp 实现。
在考虑连续性的情况下，Lisp 程序员通常会简单地使用数组。
Lisp 实现通常可以将一些值直接存储在 cons 单元中：fixnums、characters，...对于其他所有内容，指针将存储在 car 或 cdr.[=15= 中]
现在几乎所有使用 cons 单元的实现 不 使用像 cdr-coding.
内存局部性通常通过使用复制/压缩/分代垃圾收集器来改进。
copying -> 当一个space满了，GC会复制list并将新的cell分配到一个新的存储区
压缩 -> 一些消除内存间隙或类似的方案
generational -> 存活时间更长的对象会被提升到不同的存储区。因此，在一些 GC 中幸存下来的列表将被复制到另一代，并且单元格将彼此相邻分配。
有时以上 GC 策略会以奇特的方式组合。
另请注意，在许多 Lisp 程序中，许多 cons 单元可能是短暂的：
(mapcar #'1+
(mapcar #'isqrt '(10 20 30 40 50)) ; <- result is 'garbage'
)
整数平方根列表立即就是垃圾。该函数将只遍历新的 cons 单元并分配新的新 cons 单元，并且不会有太多缓存非局部性。
cons 单元格的分配可以通过使用破坏性操作来减少。上面可以写成：
CL-USER 24 > (let ((s (mapcar #'isqrt '(10 20 30 40 50))))
(map-into s #'1+ s))
(4 5 6 7 8)
这将摆脱一个分配列表并进一步改善局部性。
Rainer 已经提到各种内存管理技术有助于局部性。我想展示两个使用 SBCL 的实验来说明他的观点。
首先，一个快速实用程序，用于打印列表中每个 cons 的地址。
(defun print-addresses (list)
(mapl (lambda (cons)
(format t "address: 0x~X~%"
(sb-kernel:get-lisp-obj-address cons)))
list))
在第一个实验中，我们可以看到分配是连续的，因此我们可以创建一个包含 10 个元素的列表，并查看它们的原始地址，显示它们靠得很近：
> (print-addresses (loop repeat 10 collect 'dummy))
address: 0x1003F57167
address: 0x1003F57177
address: 0x1003F57187
address: 0x1003F57197
address: 0x1003F571A7
address: 0x1003F571B7
address: 0x1003F571C7
address: 0x1003F571D7
address: 0x1003F571E7
address: 0x1003F571F7
第二次实验。如果我们在两者之间做一些不相关的分配怎么办？让我们将这样一个列表分配给一个变量，以便我们稍后可以戳它。
(defparameter *another-list*
(loop repeat 10
;; using eval to trick the compiler into
;; compiling this piece of dummy code
do (eval '(make-array (random 1000)))
collect 'dummy))
我们可以看到这次地址更加随机：
> (print-addresses *another-list*)
address: 0x10046E9AF7
address: 0x10046EB367
address: 0x10046ECB97
address: 0x10046EE827
address: 0x10046EF247
address: 0x10046F1F17
address: 0x10046F2007
address: 0x10046F3FD7
address: 0x10046F5E67
address: 0x10046F6887
现在，如果我们用 (sb-ext:gc) 调用 GC，我们可以看到它已经将 cons 打包在一起：
> (sb-ext:gc)
> (print-addresses *another-list*)
address: 0x1004738007
address: 0x1004738017
address: 0x1004738027
address: 0x1004738037
address: 0x1004738047
address: 0x1004738057
address: 0x1004738067
address: 0x1004738077
address: 0x1004738087
address: 0x1004738097
在这些示例中，我们没有评估列表元素的位置，我想那是另一天的实验。 :-)
哲学上 "right" 的答案是 "Lisp has no lists, only CONSes"。 Conses 通常用于构建列表，以至于 CL 标准和库中的许多函数都对这些类型的列表进行操作。但是 conses 也可以用来构建其他类型的结构，比如地图或图表。所以在（传统的）Lisps 中，基本的数据结构是缺点，而不是列表。该列表只是缺点的一个方便应用。所以，"Lisp lists" 你真正的意思是 "lists implemented with Lisp conses" 而那些，好吧，不能用不同于 conses 的东西来实现；）
当然还有其他答案中提到的 CDR 编码等技术，可用于有效地表示某些基于 cons 的结构。还有一些库提供不基于链接条件的列表数据结构（如 Common Lisp 的 FSet）。
对于像 Common Lisp 和 Scheme 这样的 "traditional" Lisp 来说是这样。 Clojure 确实有列表作为基本数据类型，而 AFAIK 根本没有缺点。