Forth

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Forth

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Forth 是一种命令式的、基于堆栈的编程语言。 Forth 系统包括用于运行的操作系统和用于创建 Forth 程序的开发环境。 因此,在计算机上实际实现的 Forth 称为 Forth 系统。 与其他编程语言一样,今天的许多版本都生成高度优化的机器代码

第四系统

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只需几千字节的内存就可以实现一个完整的 Forth 系统。 此属性在其创建时极为重要,因为当时的计算机可用 RAM 相对较少。 此外,Forth 系统的实际核心非常小,系统的其余部分已经在 Forth 本身中定义。 这使得将 Forth 系统移植到其他处理器上变得更加容易。 这种积极的品质在 20 世纪 70 年代后期带来了相对广泛的分布。

今天,这使 Forth 成为一种高级语言,特别适合对各种微控制器进行编程。 然而,组合系统用于开发,其中中间代码在主机 PC 上预编译,只有结果存储在客户端的微控制器中。 因此,可以省略 Forth 系统的一些交互功能,并且可以对源代码进行更广泛的注释。

内部 Forth 体系结构的基本元素是两个堆栈(数据堆栈和返回堆栈),一小部分可以独立于硬件模拟的寄存器和字典,一个将标记与要调用的函数链接起来的跳转表。 放置在堆栈上的数据字称为单元,其大小可以是 16、32 或 64 位。 此外,词典还可以根据需要分为多个词表。 Forth 系统本身是作为虚拟机实现的。 所有指令和数学表达式均以反向波兰表示法 (RPN) 编写。 这是因为 Forth 系统首先检查每个输入值是否存在于字典中。 如果是这种情况,则调用相应的函数,然后可以访问到目前为止创建的所有条目。 如果字典中不存在该值,则将其解释为数值或字符串。 在这两种情况下,后续条目此时尚未被读入,因此对程序流程没有影响。 因此,人们还可以按照创建时的习惯,轻松地通过顺序介质传输输入数据流,例如一叠穿孔卡片或磁带。

Forth 有两个主要特征,使它有别于同时代的许多其他编程系统:

  • Forth 从一开始就是公共领域
  • Forth是自编译的,允许用户直接访问编译器,这意味着命令结构可以随意扩展

第四次编程

用 Forth 编程与其他语言有根本的不同。 在 Forth 中,内置函数和编程函数(所谓的词)之间没有区别,但是有一个直接在机器代码中实现的词(原语)的功能核心。 也没有直接的例程,而是将语言扩展为包含其他单词。 在 Forth 中,程序的开始对应于一个词的调用,因此它代表了程序的主例程。 由于编译器也通过定义在开发环境中运行的词来扩展,从而直接操作中间代码,这导致一定程度的灵活性,只有少数其他高级语言才能实现。

UPN 表达式示例

表达式在读取时已被处理。 输入字符串按空格分成单词。 “5”这个词通常不在字典中,它被解释为一个数字,即它的值(这里是 5)被压入值栈。 这同样适用于单词“3”。 但是,现在后面的“+”字在字典里。 因此调用相应的函数。 该函数将栈顶的两个值弹出,将它们相加,并将结果压回栈中。 小“+”功能通常以各自的机器语言实现。 数字 8 现在在堆栈中。下一个单词是 "7",数字 7 被放入堆栈。

Forth编程语言

后面跟着单词“2”,这是数字 2 在堆栈中结束的地方。 接下来,再次是单词“+”,它再次调用加法函数。 数字 9 现在在堆栈的顶部,数字 8 在它下面。然后在字典中读取并找到单词“*”; 相应的函数从栈中取出顶部的两个值并将其乘积放在顶部。 根据 Forth 系统,乘法函数可以作为机器代码实现,或者本身已经在 Forth 中实现。 下一个单词现在是“.”。 这个词从堆栈弹出顶部值(现在是数字 72)并将其打印在显示设备上。

应用

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与汇编程序相比,Forth 是一种高级语言,但与硬件相关,因此执行速度非常快。 可升级性是 Forth 的核心原则; 无论如何,您必须自己编写大部分功能。 有了 RTX2010,甚至还有可以直接运行 Forth 的太空应用芯片组

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词条目录
  1. Forth
  2. 第四系统
  3. 第四次编程
  4. UPN 表达式示例
  5. 应用

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