Wolna encyklopedia
Forth jest językiem programowania wysokiego poziomu, lecz równocześnie należy do kategorii języków tzw. bliskich sprzętowi, czasem (potocznie) używa się określenia asemblerowy język programowania wysokiego poziomu.
Spis treści |
Charakterystyka języka Forth
Do cech charakterystycznych tego języka należą:
- natychmiastowa interpretacja wprowadzonych słów,
- natychmiastowa kompilacja definicji nowych słów,
- wykonywanie operacji za pośrednictwem stosu,
- zapis wyrażeń arytmetycznych w odwrotnej notacji polskiej.
Specyfika języka sprawia, że jest to język dla specjalistów, głównie z dziedziny automatyki. Jego główne zastosowania to systemy czasu rzeczywistego i sterowanie urządzeniami.
Twórcą języka jest Amerykanin Charles H. Moore, który stworzył pod koniec lat 60. pierwszą jego implementację.
Program napisany w języku Forth składa się z sekwencji słów rozdzielonych separatorami (jeden ze znaków: spacja, znak o kodzie zero #0, powrót karetki #13). Słowa pamiętane są w słowniku, w którym można tworzyć podsłowniki i dowolnie je rozszerzać (aż do granic możliwości systemu komputerowego). Nowo definiowane słowa są natychmiast kompilowane i gotowe do użycia.
Specyfika tego języka prowadzi do programowania od dołu do góry (od szczegółu do ogółu).
Interpreter i kompilator
W trakcie swojego działania interpreter języka może znajdować się w jednym ze stanów:
- definiowania,
- wykonywania.
Jeżeli system języka Forth znajduje się w stanie wykonywania, wprowadzane słowa są natychmiast interpretowane i wykonywane. Wśród słów języka Forth znajdują się słowa, tzw. kompilatory (w nomenklaturze języka Forth), standardowe (np. ":", "CONSTANT") lub zdefiniowane przez programistę, które powodują przejście systemu w stan definiowana. W tym stanie kolejne słowa są traktowane jako część definicji nowego – właśnie definiowanego – słowa, aż do napotkania słowa kończącego definicję (standardowo ";"). Taka definicja podlega kompilacji, a nowo zdefiniowane słowo umieszczone zostaje w słowniku.
Słowa
Słowa języka mogą należeć do kategorii:
- operatorów biernych,
- operatorów czynnych (które wykonywane są także wtedy, gdy interpreter znajduje się w stanie definiowania, chyba że programista użyje słowa, które spowoduje umieszczenie w polu nowej definicji adresu tego operatora zamiast jego wykonanie).
Kompilatory
Pojęcie kompilatora w Forth
Kompilatorem (w nomenklaturze języka Forth), nazywa się słowo, które powoduje przejście systemu Forth w stan definiowania, zinterpretowanie najbliższego słowa jako nazwy nowego operatora (słowa języka Forth) i w konsekwencji skompilowanie kolejnych słów zawartych w aktualnie przetwarzanej definicji według zadanych (zawartych w definicji kompilatora ) instrukcji oraz umieszczenie nowego słowa w słowniku (ewentualnie w podsłowniku).
W język Forth wbudowane są standardowe kompilatory , takie między innymi jak: ":" – podstawowy kompilator operatorów, "CONSTANT" – definiowanie stałych i inne. Programista ma także możliwość definiowania własnych kompilatorów .
(POTEGA 3; a -- b) : POW DUP DUP * * ; 5 POW
Zdefiniowano operator bierny POW – podniesienie do 3 potęgi, który zostaje skompilowany i umieszczony w słowniku. Po tej operacji może być używany tak jak słowa standardowe. Umieszczenie na stosie liczby 5 (w stanie wykonywania) i wykonanie operatora POW powoduje umieszczenie na stosie wyniku operacji (5*5*5).
Kompilatory standardowe
Język Forth posiada zdefiniowane kompilatory standardowe:
- CONSTANT nazwa (a -- ) : definicja operatora (słowa o właściwościach stałej) o nazwie jak najbliższe słowo wejściowe nazwa i wartości a pobranej ze stosu
- VARIABLE nazwa (a -- ) : definicja operatora (słowa o właściwościach zmiennej) o nazwie jak najbliższe słowo wejściowe nazwa i wartości a pobranej ze stosu; wykonanie operatora powoduje umieszczenie adresu danej na stosie
- : nazwa słowa_definiujące ; ( -- ) : utworzenie operatorów, które można przez analogię porównać do podprogramu w językach programowania ogólnego przeznaczenia
- USER : podstawowy kopilator niskopoziomowy, wiele słów standarodwych jest utworzonych za pomocą tego kompilatora
- VOCABLUARY : utowrzenie słownika.
Definiowanie kompilatorów
Definicja nowego kompilatora ma postać:
: nazwa
<BUILDS
słowa kompilujące
DOES>
słowa wykonawcze
;
Instrukcje strukturalne
Wprowadzenie
Język Forth posiada, jak większość języków programowania wysokiego poziomu, zestaw standardowych instrukcji strukturalnych umożliwiających programowanie złożonych problemów i algorytmów. Jednak znamienną cechą języka Forth jest jego rozszerzalność przejawiająca się między innymi możliwością definiowania własnych, nowych instrukcji strukturalnych.
Standardowe instrukcje strukturalne
warunek IF instrukcje wykonywane gdy warunek spełniony [ELSE instrukcje wykonywane gdy warunek nie spełniony] THEN | ENDIF
przy czym warunek jest po prostu ciągiem instrukcji języka Forth, a operator IF bada czy na stosie jest wartość różna od zera:
-
- jeżeli tak to wykonywane są instrukcje wykonywane gdy warunek spełniony,
- jeżeli nie to wykonywane są instrukcje wykonywane gdy warunek nie spełniony lub instrukcje po słowie THEN (lub ENDIF co jest równoważne) jeżeli fraza ELSE została pominięta.
: SELECT KEY 10 =
IF
+
ELSE
*
THEN ;
2 3 SELECT
przed_DO
DO
instrukcje
LOOP | +LOOP
po_LOOP
Operator DO ustala (na podstawie wartości ze stosu) dwa parametry iteracji: ograniczenie – warunek zakończenia, oraz wartość początkową. Dla słowa LOOP krok wynosi +1, dla +LOOP wartość kroku pobierana jest ze stosu, przy czym może to być wartość ujemna. Cykl wykonywany jest co najmniej jednokrotnie, gdyż sprawdzenie warunku wykonywane jest na końcu. Operator I udostępnia wartość zmiennej sterującej 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 wartość na stosie, jeżeli jest to zero to kończy instrukcję REPEAT, jeżeli nie to wykonywane jest po_WHILE a operator REPEAT powoduje skok do BEGIN i powtórzenie cyklu.
: WAINT_SP
BEGIN
KEY 32 = 0= WHILE
REPEAT
BEGIN instrukcje AGAIN
Definiowanie własnych instrukcji strukturalnych
Język ten umożliwia definiowanie własnych instrukcji strukturalnych przy pomocy operatorów skoków warunkowych i bezwarunkowych 0BRANCH i BRANCH.
Stosy w systemie języka Forth
System języka Forth posługuje się dwoma stosami:
- stosem parametrów,
- stosem powrotów.
Stos parametrów
Stos parametrów jest to podstawowy element systemu, również dla użytkownika, na którym wykonywane są operacje. Służy przede wszystkim do przekazywania argumentów operacji i przekazywania wyników operacji (podprogramów).
Stos powrotów
Stos powrotów w zasadzie pełni rolę stosu systemowego. Lista operacji podstawowych na stosie powrotów jest dość ograniczona. Do najważniejszych z nich należą:
- >R (a -- ) : przeniesienie danej słowowej a ze stosu parametrów na stos powrotów,
- R> ( -- a) : umieszczenie danej słowowej a na stosie parametrów ze stosu powrotów,
- R ( -- a) : skopiowanie danej słowowej a na stosie parametrów ze stosu powrotów,
- RP! ( -- ) : usunięcie 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 (początku).
Jak widać są to głównie operacje sterujące, służące następującym celom (dla których przeznaczony jest stos powrotów) :
- przechowywanie śladów wzajemnych wywołań operatorów (podprogramów),
- przechowywanie parametrów instrukcji strukturalnych,
- pomocniczy stos roboczy dla danych,
- chwilowa pamięć podręczna dla użytkownika (programisty),
- inne.
System języka Forth automatycznie wykorzystuje stos powrotów do przechowywania licznika interpretera IP sterującego wywoływaniem kolejnych słów (jako podprogramów).
Słownik
Słownik w języku Forth skupia w sobie wszystkich zdefiniowane i dostępne do użycia słowa. Jest on strukturą drzewiastą, podzieloną na podsłowniki, które mogą być podzielone na kolejne podsłowniki, przy czym główny słownik nosi nazwę FORTH i skupia podstawowe operacje w tym zdefiniowane w kodzie maszynowym. Dodatkowo zwykle definiowane są także:
- EDITOR : słowa dotyczące edytora,
- ASSEMBLER : umożliwiający programowanie hybrydowe.
Zawsze jeden słownik jest słownikiem bieżącym, od którego rozpoczyna się poszukiwanie definicji słowa. Bezpośrednio po uruchomieniu bieżącym jest słownik FORTH. Operacje słownikowe:
- VOCABULARY nazwa IMMEDIATE : zdefiniowanie nowego słownika (w bieżącym słowniku definiowania),
- nazwa: ustalenie bieżącego słownika,
- CONTEXT : zmienna przechowująca odniesienie do bieżącego słownika,
- nazwa DEFINITIONS : zmiana słownika definiowania,
- CURRENT : zawiera odniesienie do bieżącego słownika definiowania.
Należy zauważyć, że przy takiej organizacji można definiować wielokrotnie to samo słowo w różnych słownikach w różny sposób, a to, która definicja zostanie użyta, zdeterminowane będzie kolejnością przeszukiwania słowników. Można to uznać za rodzaj przeciążania nazw.
Bibliografia
- Jan Ruszczyc, Poznajemy FORTH, SOETO Warszawa 1987 r., Seria: Informatyka mikrokomputerowa
- Jan Bielecki, Język FORTH, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1988, Seria: Mikrokomputery, ISBN 83-204-0930-6
Zobacz też
|
|||||||||||||||||||||||||||||