Paysage printanier dans le centre de la Chine

Forth

Pojawienie si?	百度 大豆、能源、汽车、金融均可列入报复清单《南华早报》称，中国官员表示并不乐见这场贸易战，但对赢得这场贸易战有信心。 1970
Paradygmat	proceduralny, zorientowane stosowo, refleksyjny, concatenative
Typowanie	brak
Implementacje	SwiftForth (Forth, Inc.) Gforth (Free software) VFX Forth (MicroProcessor Engineering)
Twórca	Charles H. Moore
Strona internetowa

Forth – j?zykiem programowania wysokiego poziomu, nale??cy jednocze?nie do kategorii j?zyków tzw. bliskich sprz?towi, czasem (potocznie) u?ywa si? okre?lenia asemblerowy j?zyk programowania wysokiego poziomu.

Charakterystyka j?zyka Forth

Do cech charakterystycznych tego j?zyka nale??:

• natychmiastowa interpretacja wprowadzonych s?ów,
• natychmiastowa kompilacja definicji nowych s?ów,
• wykonywanie operacji za po?rednictwem stosu,
• zapis wyra?eń arytmetycznych w odwrotnej notacji polskiej.

Specyfika j?zyka sprawia, ?e jest to j?zyk dla specjalistów, g?ównie z dziedziny automatyki. Jego g?ówne zastosowania to systemy czasu rzeczywistego i sterowanie urz?dzeniami.

Twórc? j?zyka jest Amerykanin Charles H. Moore, który stworzy? pod koniec lat 60. pierwsz? jego implementacj?.

Program napisany w Forth sk?ada si? z sekwencji s?ów rozdzielonych separatorami (jeden ze znaków: spacja, znak o kodzie zero #0, powrót karetki #13). S?owa pami?tane s? w s?owniku, w którym mo?na tworzy? pods?owniki i dowolnie je rozszerza? (a? do granic mo?liwo?ci systemu komputerowego). Nowo definiowane s?owa s? natychmiast kompilowane i gotowe do u?ycia.

Specyfika tego j?zyka prowadzi do programowania od do?u do góry (od szczegó?u do ogó?u).

Interpreter i kompilator

W trakcie swojego dzia?ania interpreter j?zyka mo?e znajdowa? si? w jednym ze stanów:

• definiowania,
• wykonywania.

Je?eli Forth znajduje si? w stanie wykonywania, wprowadzane s?owa s? natychmiast interpretowane i wykonywane. W?ród s?ów j?zyka Forth znajduj? si? s?owa, tzw. kompilatory (w nomenklaturze Forth), standardowe (np. ?:”, ?CONSTANT”) lub zdefiniowane przez programist?, które powoduj? przej?cie systemu w stan definiowana. W tym stanie kolejne s?owa s? traktowane jako cz??? definicji nowego – w?a?nie definiowanego – s?owa, a? do napotkania s?owa kończ?cego definicj? (standardowo ?;”). Taka definicja podlega kompilacji, a nowo zdefiniowane s?owo umieszczone zostaje w s?owniku.

S?owa

S?owa j?zyka mog? nale?e? do kategorii:

• operatorów biernych,
• operatorów czynnych (które wykonywane s? tak?e wtedy, gdy interpreter znajduje si? w stanie definiowania, chyba ?e programista u?yje s?owa, które spowoduje umieszczenie w polu nowej definicji adresu tego operatora zamiast jego wykonanie).

Kompilatory

Poj?cie kompilatora w Forth

Kompilatorem (w nomenklaturze Forth), nazywa si? s?owo, które powoduje przej?cie systemu Forth w stan definiowania, zinterpretowanie najbli?szego s?owa jako nazwy nowego operatora (s?owa j?zyka Forth) i w konsekwencji skompilowanie kolejnych s?ów zawartych w aktualnie przetwarzanej definicji wed?ug zadanych (zawartych w definicji kompilatora) instrukcji oraz umieszczenie nowego s?owa w s?owniku (ewentualnie w pods?owniku).

W Forth wbudowane s? standardowe kompilatory, takie mi?dzy innymi jak: ?:” – podstawowy kompilator operatorów, ?CONSTANT” – definiowanie sta?ych i inne. Programista ma tak?e mo?liwo?? definiowania w?asnych kompilatorów.

 (POTEGA 3; a -- b)

POW DUP DUP * *;

 5 POW

Zdefiniowano operator bierny POW, który jest podprogramem w rozumieniu ?tradycyjnych” j?zyków programowania – podniesienie do 3 pot?gi, który zostaje skompilowany i umieszczony w s?owniku. Po tej operacji mo?e by? u?ywany tak jak s?owa standardowe. Umieszczenie na stosie liczby 5 (w stanie wykonywania) i wykonanie operatora POW powoduje umieszczenie na stosie wyniku operacji (5*5*5). Podprogram taki nie definiuje parametrów, pobiera po prostu okre?lon? w jego definicji liczb? argumentów ze stosu. Cz?sto stosowan? konwencj? jest umieszczenie w komentarzu opisu parametru (liczby pobieranych argumentów) i zwracanych na stos warto?ci (ich liczby). W powy?szym przyk?adzie, okre?lono jeden parametr ?a” (nazwa nieistotna) i jedn? warto?? stanowi?c? rezultat ?b” (nazwa nieistotna) podprogramu.

Kompilatory standardowe

J?zyk Forth posiada zdefiniowane kompilatory standardowe:

• CONSTANT nazwa (a --): definicja operatora (s?owa o w?a?ciwo?ciach sta?ej) o nazwie jak najbli?sze s?owo wej?ciowe nazwa i warto?ci a pobranej ze stosu,
• VARIABLE nazwa (a --): definicja operatora (s?owa o w?a?ciwo?ciach zmiennej) o nazwie jak najbli?sze s?owo wej?ciowe nazwa i warto?ci a pobranej ze stosu; wykonanie operatora powoduje umieszczenie adresu danej na stosie,

  nazwa s?owa_definiuj?ce ; (--): utworzenie operatorów, które mo?na przez analogi? porówna? do podprogramu w j?zykach programowania ogólnego przeznaczenia,

• USER: podstawowy kompilator niskopoziomowy, wiele s?ów standarodwych jest utworzonych za pomoc? tego kompilatora,
• VOCABULARY: utworzenie s?ownika.

Definiowanie kompilatorów

Definicja nowego kompilatora ma posta?:

nazwa

     <BUILDS
         s?owa kompiluj?ce
     DOES>
         s?owa wykonawcze

Instrukcje strukturalne

Wprowadzenie

Forth posiada, jak wi?kszo?? j?zyków programowania wysokiego poziomu, zestaw standardowych instrukcji strukturalnych umo?liwiaj?cych programowanie z?o?onych problemów i algorytmów. Jednak jego znamienn? cech? jest rozszerzalno?? przejawiaj?ca si? m.in. mo?liwo?ci? definiowania w?asnych, nowych instrukcji strukturalnych.

Standardowe instrukcje strukturalne

• instrukcja warunkowa

 warunek IF
   instrukcje wykonywane gdy warunek spe?niony
 [ELSE
   instrukcje wykonywane gdy warunek nie spe?niony]
 THEN | ENDIF

przy czym warunek jest po prostu ci?giem instrukcji j?zyka Forth, a operator IF bada czy na stosie jest warto?? ró?na od zera:

• je?eli tak to wykonywane s? instrukcje wykonywane gdy warunek spe?niony,
• je?eli nie to wykonywane s? instrukcje wykonywane gdy warunek nie spe?niony lub instrukcje po s?owie THEN (lub ENDIF co jest równowa?ne) je?eli fraza ELSE zosta?a pomini?ta.

   SELECT KEY 10 =
     IF
         +
     ELSE
         *
     THEN;
   2 3 SELECT

• instrukcja iteracyjna

 przed_DO
     DO
         instrukcje
     LOOP | +LOOP
 po_LOOP

Operator DO ustala (na podstawie warto?ci ze stosu) dwa parametry iteracji: ograniczenie – warunek zakończenia, oraz warto?? pocz?tkow?. Dla s?owa LOOP krok wynosi +1, dla +LOOP warto?? kroku pobierana jest ze stosu, przy czym mo?e to by? warto?? ujemna. Cykl wykonywany jest co najmniej jednokrotnie, gdy? sprawdzenie warunku wykonywane jest na końcu. Operator I udost?pnia warto?? zmiennej steruj?cej cyklem.

 CIAG
   10 2 DO
     I. 2
   +LOOP;
 (wyprowadzenie liczb 2 4 6 8)

• instrukcja repetycyjna

 BEGIN
   przed_WHILE WHILE
   po_WHILE
 REPEAT

Po wykonaniu przed_WHILE operator WHILE sprawdza warto?? na stosie, je?eli jest to zero to kończy instrukcj? REPEAT, je?eli nie to wykonywane jest po_WHILE a operator REPEAT powoduje skok do BEGIN i powtórzenie cyklu.

 WAINT_SP
   BEGIN
     KEY 32 = 0= WHILE
   REPEAT

• nieskończona

 BEGIN
   instrukcje
 AGAIN

Definiowanie w?asnych instrukcji strukturalnych

J?zyk ten umo?liwia definiowanie w?asnych instrukcji strukturalnych przy pomocy operatorów skoków warunkowych i bezwarunkowych 0BRANCH i BRANCH.

Stosy w systemie j?zyka Forth

System Forth pos?uguje si? dwoma stosami:

• stosem parametrów,
• stosem powrotów.

Stos parametrów

Stos parametrów jest to podstawowy element systemu, równie? dla u?ytkownika, na którym wykonywane s? operacje. S?u?y przede wszystkim do przekazywania argumentów operacji i przekazywania wyników operacji (podprogramów).

Stos powrotów

Stos powrotów w zasadzie pe?ni rol? stosu systemowego. Lista operacji podstawowych na stosie powrotów jest do?? ograniczona. Do najwa?niejszych z nich nale??:

• >R (a --): przeniesienie danej s?owowej a ze stosu parametrów na stos powrotów,
• R> (-- a): umieszczenie danej s?owowej a na stosie parametrów ze stosu powrotów,
• R (-- a): skopiowanie danej s?owowej a na stosie parametrów ze stosu powrotów,
• RP! (--): usuni?cie wszystkich danych ze stosu powrotów,
• RP@ (-- a): umieszczenie na stosie parametrów adresu szczytu stosu powrotów,
• R0 (-- a): umieszczenie na stosie parametrów adresu pustego stosu powrotów (pocz?tku).

Jak wida? s? to g?ównie operacje steruj?ce, s?u??ce nast?puj?cym celom (dla których przeznaczony jest stos powrotów):

• przechowywanie ?ladów wzajemnych wywo?ań operatorów (podprogramów),
• przechowywanie parametrów instrukcji strukturalnych,
• pomocniczy stos roboczy dla danych,
• chwilowa pami?? podr?czna dla u?ytkownika (programisty),
• inne.

System j?zyka Forth automatycznie wykorzystuje stos powrotów do przechowywania licznika interpretera IP steruj?cego wywo?ywaniem kolejnych s?ów (jako podprogramów).

S?ownik

S?ownik w j?zyku Forth skupia w sobie wszystkich zdefiniowane i dost?pne do u?ycia s?owa. Jest on struktur? drzewiast?, podzielon? na pods?owniki, które mog? by? podzielone na kolejne pods?owniki, przy czym g?ówny s?ownik nosi nazw? FORTH i skupia podstawowe operacje w tym zdefiniowane w kodzie maszynowym. Dodatkowo zwykle definiowane s? tak?e:

• EDITOR: s?owa dotycz?ce edytora,
• ASSEMBLER: umo?liwiaj?cy programowanie hybrydowe.

Zawsze jeden s?ownik jest s?ownikiem bie??cym, od którego rozpoczyna si? poszukiwanie definicji s?owa. Bezpo?rednio po uruchomieniu bie??cym jest s?ownik FORTH. Operacje s?ownikowe:

• VOCABULARY nazwa IMMEDIATE: zdefiniowanie nowego s?ownika (w bie??cym s?owniku definiowania),
• nazwa: ustalenie bie??cego s?ownika,
• CONTEXT: zmienna przechowuj?ca odniesienie do bie??cego s?ownika,
• nazwa DEFINITIONS: zmiana s?ownika definiowania,
• CURRENT: zawiera odniesienie do bie??cego s?ownika definiowania.

Nale?y zauwa?y?, ?e przy takiej organizacji mo?na definiowa? wielokrotnie to samo s?owo w ró?nych s?ownikach w ró?ny sposób, a to, która definicja zostanie u?yta, zdeterminowane b?dzie kolejno?ci? przeszukiwania s?owników. Mo?na to uzna? za rodzaj przeci??ania nazw.

Zobacz te?

• Podprogram w j?zyku Forth
• J?zyk Forth jako system operacyjny

Bibliografia

• Jan Ruszczyc, Poznajemy FORTH, SOETO Warszawa 1987 r., Seria: Informatyka mikrokomputerowa
• Jan Bielecki, J?zyk FORTH, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1988, Seria: Mikrokomputery, ISBN 83-204-0930-6.
• Roland Wac?awek, Przewodnik po informatyce, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1989, ISBN 83-02-03482-7.
• Mike Duck, J?zyki mikrokomputerów Przewodnik dla pocz?tkuj?cych. Basic, Pascal, Logo, Prolog, Comal, Forth, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1988, t?umaczenie: Marcin Turski, ISBN 83-204-0966-7.