我准备深入探讨如何为比特币脚本编程设计 Lisp 语言的一种变体，但深入细节之前，我发现，总结一下Chialisp的设计理念可能会有帮助，因为这给人们反馈的许多问题提供了很好的答案。如果你觉得文章的这个主题有趣，就读下去；如果你觉得无聊，那么也可以记得这篇帖子，这样你可以跳转回来，在日后读到我将本文内容作为前置知识、你又认为是有趣文章的时候！

本文假设你已经熟悉了比特币和区块链编程的基础知识，但还不熟悉Chialisp和CLVM。本文会采用逐步推导的方法，不会深入到关于实现方式的任何细节。

对于已经熟悉 Chialisp 的读者来说，请注意，我主要谈论的是CLVM的动作（即，在 Chia 区块链的共识中实现、在链上可见的部分），而不是 Chialisp 本身（你用来编写复杂程序的语法；其代码会被编译到 CLVM 中运行）。

为什么？

为什么这个问题值得思考？不论如何，Bitcoin Script 是一个非常小的语言，本质上是一个小巧的、基于堆栈的逆波兰表达法（PRN）计算器；它足够结实，已准备好取代中央银行的清算所，而且有足够多的可编程性，可以做出许多小玩意儿。但从一名程序员的角度看，作为一种编程语言，有两件事它做得不好：循环和结构化数据。

原生不能制作循环，意味着重复做同一件事的脚本在几轮之后就会变得烦人，比如说“默克尔树验证”，有 20 个步骤，每一步都涉及一个 8 层的默克尔树，每一次都要单独说明默克尔树，而不是用两个循环解决问题——如果有循环，那么 160 个步骤应该只构成 1 个循环。以往也一直有关于向 Bitcoin Script 添加可以启用循环的构造的思考，比如Bitcoin-NG和Drivechain，两者都显式限制为禁用循环（或者说限制迭代次数）。

不能原生处理结构化的数据不算一个大问题：你可以通过使用多种堆栈轮换操作码（将数据在栈层中上下移动）来绕过这个问题；然而，如果真的要在实践中这么做，就会很烦人。举个例子，部分提出的脚本升级提议都建议了能够应用多一些结构的更改，例如：
- BIP-116 让你可以指定少量数据，将它们编码为最小化的数据推入，作为给定的leaf-update-script-body的前缀。
- BIP-117 提议引入一种类似于代码分隔符的操作码，自身并不做任何事，但可以用来隔离OP_SUCCESSx动作的影响，从而可以在脚本内部操作脚本的片段。
- BIP-340，也允许指定额外最多 16 个比特的消息数据，该消息会被哈希并决定实际发生的签名验证操作

Chia Lisp 所采取的解决这些限制的方法，可能是最简单的：
- 它添加了一种 “应用” 操作码（a），该操作码允许递归，因此可以用来制作循环；
- 它将堆栈的概念替换成了二叉树（binary tree）的概念——任何元素，要么是一个叶子节点（叫做 “atom”），即只是一个字节串（跟现在的堆栈元素一样）；要么是一个分支节点，包含了一对元素（叫做 “cons”），这些元素自身又可以是分支或者叶子。

在 Lisp 中，常见的做法是，程序会用相同的数据结构编码，从而，程序可以用操作任何其它数据结构的相同操作来内省自身。

制作列表

不过，Lisp 以其列表（而非二叉树）而知名，所以上述段落可能会让你稍微有点意外。不过，这很容易解释：Lisp 的列表就是递归地创建出来的，其中列表的第一个元素就放在一个 cons 的左边，而列表剩余的元素就放在右边，而空的列表被定义成空的字节向量，也就是众所周知的 “nil”。我们有一套特殊的记号：
- () 是一个空的列表，也是空的字节向量
- (a . b) 表示一个 cons，或者说一个分支元素，其中 a 在左边、b 在右边
- (a b c d) 表示一个包含四个元素的列表，等价于 (a . (b . (c . (d . ()))))
- (a b c d . e) 表示一个 “有断点” 的列表，以 e（而不是隐式的 nil）结尾，也即等价于 (a . (b . (c . (d . e))))

这意味着，(a b . (c d)) 只是编写 (a b c d) 的另一种方法。

关于一个列表，如果你只看每一个 cons 的右边项，直到遇到一个 atom（即一个字节向量，也是一个叶子节点），那么要么这个字节向量是空的，说明这是一个正常的列表，也叫 “规整的列表”；要么，它不是一个空向量，从而这是一个 “不规整” 的列表。

如果你也像我一样，听过 “car” 和 “cdr”，但不明其意，那么，car 意味着取一对元素的左边项，cdr 以为这取右边项，它们来自于最初的 Lisp 的实现细节。我个人认为，最好管它们叫 “头” 和 “尾”（就像其它的常见叫法一样）；或者，像 Common Lisp 和 Chia Lisp 那样，叫 “第一项” 和 “其余项”。

针对列表的操作码

然后，拓展出对一列参数的操作码就非常直接的，例如，我们不需要再使用OP_ADD从栈顶中取出两个元素并加总，我可以定义出+操作码，预期传入一列数值，然后输出这一列数值的和。然后，我们只需将操作码和它的参数组合成一对，即(+ . (1 2 3))，就可以了；当然，如前所述，这跟(+ 1 2 3)的写法的意思是一样的，并且后者也成了我们程序中的表达式的通用记号。

运行环境

我们希望能够编写能够应用到一些 “用户输入” 上的程序，为此，我们定义一个叫做 “环境” 的概念，就是程序可以访问的东西。环境只是另一个列表（或者说二叉树），但我们有一种更聪明的办法来访问列表的任一部分，就通过整数。具体来说，1 会让我们得到整个式子；2 则会让我们得到左分支；3 会得到右分支；4 会得到左分支的左分支；6 会得到左分支的右分支，等等。

通用的程序如下：
python def get_env(n, e): if n == 0: return nil while n > 1: if n % 2 == 0: e = e.left else: e = e.right n //= 2 return e

所以，如果环境是一个列表(1 2 3)，那么get_env(2, env)会得出 1，而get_env(5, env)会得到 2，get_env(11, env)会得到 3，而get_env(15, env)会得到整个列表的最后一个元素，nil。

因此，如果你想要程序 “ (a*b)+c ”，你可以写成(+ (* 2 5) 11)，这些数字会被视为环境查找，如果环境是(1 2 3)，那么结果就是(1 * 2) +3 = 5。

引用

要是你想让一个数字变成 3 倍大，而不是乘以某个由用户指定的输入，那该怎么办呢？这时候你可以 “引用” 数值，以避免将它解析成环境查找或者作为一个表达式来求值。这涉及到一个特殊的操作码q，它的求值规则跟其它每一种操作码都不同。它的动作非常简单：它的结果就是我们传入的参数，没有任何求值过程。它的特殊性还在于，它的参数并不非得是一个规整的列表（以 nil 结尾的列表）。

所以，如果你想计算的是(a*b)+(3*c)（而非(a*b)+c），你可以写成(+ (* 2 5) (* (q . 3) 11) 。