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2、程序员还发现了Forth能够进步编程的临盆率。在这篇文章中，我们希望(再一次)先容Forth。将会骇怪于不须要庞杂的工具就能够如此之快和互式地编写和测试嵌入式程序。编写程序的第一步是安排程序行为的细节。有些画流程图，有些用程序安排发言(PDL)，始末与英语类似的方式形作的序列和测试条件。完这些之后，安排就被分红模块，每一块都被转可履行的代码，全部的事就是编译、连接、测试，这个迭代的进程可能会连接几个月。假若PDL能够间接履行，就不须要把它翻译另一种发言，那该省去几许时间呀！假若能互式地测试每个程序模块，确认它能正确地办事，那不就更轻易了吗?再假定有一种发言，它能够履行得和其它的发言一样快、只须

3、1K字节的运转支拨、适应ANSI轨范、能够扩展以餍足应用程序的特殊须要，经过一到两个星期的熟识熟练，每天能够编写出三倍于同伴的代码，那么对这种发言感兴致吗?假若是，请听如何用Forth来做到这些。Forth是什么?从某种意义上说，Forth不是一种发言，我们更应当把它看一种为手头的任务编写应用发言的程序安排方。编写的大局限程序都是办事的须要而不是编译器的须要。Forth支持须要的任何作和语。Forth理解必然局限的原语字，它们治理全部一般的算术、逻辑和程序流作，然则它也有一个肯定的格式向发言到场新字。能够肯定哪些字能更好地形的应用，然后用现有的字定义这些字。一但定义了一个新字，这个字就变了发言

4、的一局限，能够用来定义其它的字。起先级别的字就是程序自己。在Forth中，每个事物是一个字也许是一个数，它们互相被空格分隔隔离分散。Forth没有词理解，语也很少。没有作符，没有函数，没有进程，没有子程序，以至没有程序，惟有字和数。每个字通知计算机去履行一个清晰的精彩定义的作。定义一个字之后，就能够把它作为一个独立的元素来测试。在开端测试的时刻不须要完全部程序，能够在键盘上输入任何一个字，履行它，看结束是不是所须要的。Forth也是它自己程序的符号调试器，所以测试一个Forth程序比测试其它发言的程序更快。用增量化的方式编写Forth定义、测试定义。一但确认一个字能够办事，就能够把它到场到的程

5、序中；一但定义了起先级别的字，就能够结束编程办事而不须要进一步的调试。尽管Forth程序通常是自顶向下安排的，但是须要自底向上编写，它要求在纵一个字之前先定义它。但是现实上，Forth程序通常是从两端向中央编写的。开端的时刻，知道所须要的程序顶级行为，也知道与硬件互的字必需做的事，于是就有中央的办事须要完。也能够先给某个效一个名字，在定义之前纵它(假若须要测试编译，就给它一个空的名字)。一个程序的顶级字能够是一个无穷循环，它用字GET.FRONT.PANEL.INPUT开端，背面是字CHECK.USER.INPUT.LIMITS，所以我们能够用Forth做PDL。当然，在这里假定CHECK.U

6、SER.INPUT.LIMITS是存在的，末了还得定义这个字的正确行为。把程序分红可管理的自我形的小块是每个越程序的行为。所不同的是，在Forth中，末了的结束是一个可履行的程序，而不是另一个冗长进程的开端。Forth是编译器吗?Forth是编译的，但是它的用户界面是阐明的。Forth维护一个它所知道的全盘字的字典。每个定义由定义这个字的那些字的地址列表组(为使代码更短，在3位也许更长地址的机器上能够纵1位的记号而不是现实的地址)。编译的进程就是把新的字和它们的定义到场到字典。由于Forth把源程序中的每个字翻译对应的地址，Forth的编译器就很像是一个汇编器。图1是Forth编译器完善的流程

7、图，假若把C发言编译器流程图异样地画进去，那会是一张x的招贴海报。图1 Forth编译器的完善的流程图看待源程序中的每个字，这个循环都要履行一次把Forth程序想像全部是由子程序组的，可能会对我们理解Forth体系有所助理副理。由于每个字调用子程序，所以不须要CALL指令，它只是一个地址。在运转时，一个机器码片段读出下一个指令的地址，把今朝程序计数器留存在前往栈上，履行这个调用。这个小小的支拨看待每个字都要履行一次，招致了Forth程序比化的汇编程序要慢。Forth是如何办事的?履行一个无休止的子程序调用序列并不是一件很有用率的事。庆幸的是，大约有0个字是用机器码字义的。每个定义最终都是由这些

8、原语字组合而的，它们履行某些真正的办事。原语定义了一个虚拟的Forth机器，要把Forth移植到一个新的体系上，惟有这些原语字须要重写。某些Forth运转在DOS和Windows上，而在嵌入式应用中，这些由机器码定义的原语字就是作体系。Forth在堆栈上通报参数。在一个字履行之前，所须要的参数必需在堆栈上。而在履行之后，假若有任何的结束，也留在堆栈上。这与大多半当代计算机发言的行为正确地相仿，但是当代计算机发言的堆栈通常是隐藏起来的。在Forth中，程序员知道堆栈上的形式，并能够间接治理它们。例如，Forth原语字SWAP流堆栈上的两个元素。大多半发言留存未决的作，当写下C=A+B，编译器把=

9、和+作放到未决的表中直到读到表达式的末尾。然后它重写这个表达式为取A，取B，加，取出C。Forth消去了中央进程，在Forth中，把异样的作写是AB+C！。这里的和！是Forth读取和存储作的缩写，+极度怪僻地表示加。庆幸的是，惟有不多的Forth字用这种密码表示。大多半的Forth承担多达31个字符，大多半的轨范字形了它们的效。好的Forth程序是自阐明的，所以应当尽量使定义的字为自形的。调试这个字的方是打入它的输入参数，后随这个字。它立刻履行，就彷佛Forth是一个阐明器，允许测试堆栈上的结束。一个堆栈元素典型地有3位(有些Forth体系为1位)并且是无类型的，它能够表示一个有也许无符号的

10、整数、一个地址、一个单精度的浮点数也许是一个布尔标志。须要对此维系跟踪。Forth的哲学是容许而不是抑遏。假若有一个好的原因把布尔值加到地址上，Forth不会阻止。看待这些事，Forth中没有任何东西能够阻止把一个不对的项目放到堆栈上。Forth极度急迅而高效，但是自己也得睁大眼睛。立一个新的字义Forth中最首要的字可能是冒号，它把编译器从运转形式切换到编译形式并立一个新的字典项。在冒号之后的第一个字是将要定义的字的名字，定义接着名字之后。逻辑上，定义被一个分号结束，这将编译一个前往指令并把编译器切换到运转形式。于是，一个完善的Forth定义看起来像上面这样：MAGNITUDE(X Y-ve

11、ctor magnitude)DUP*SWAP DUP*+SQRT；括号中的表达式是堆栈说明，它指引程序员这个字的输入输入参数是什么。DUP(复制)作发生栈顶元素的另一个拷贝，*是单精度乘，SQRT获得一个数的平方根。作为Forth灵方面的一个例子，假定须要C发言的+作符，Forth与之最近的等效是+！，它把一个指定的数加到一个变量中。假若定义：+1 SWAP+！；则ALPHA+加1到变量ALPHA中，Forth与C发言的独一区别是Forth不允许ALPHA+，但是C发言允许，由于Forth并不理解表达式，它会把ALPHA+作为一个定义字。程序机关Forth是高度机关化的，假若确凿须要，当然也

12、有格式编译一个GOTO，但通常纵IF ELSE THEN BEGIN UNTIL WHILE REPEAT DO和LOOP来把握程序的流程。这些字把条件跳转指令编译到定义中。Forth的IF搜检栈顶标志，这个标志是许多Forth角力较量斗嘴作字中的一个留下的。歧我们希望角力较量斗嘴堆栈上的两个数，假若相等就履行选取1，假若不等就履行选取，Forth的语是这样的：=IF选取-1 ELSE选取-THEN.(我在自己的程序中纵ENDIF代庖THEN，由于我觉得THEN看待Basic来说不合理。Forth允许这样的私化选取，尽管的老板也许同伙不允许)常数变量和串源文件中的一个数作为立刻数编译。一个命名

13、的常数在编译时存储一个值并在运转时把这个值放到堆栈上。命名一个变量则编译一个存储空间。援用一个变量则把它的地址放到堆栈上以打定读写。一个Forth串是一个变量区，它的第一个字节是串的长度。由于变量指示了它的地址，所以能够在纵这个变量之前治理这个地址。例如，假若纵的Forth体系没有ARRAY数组机关，能够定义一个，Forth能够指定定义字的新类型。另外，能够假造数组。BETA 7+C读取数组中的第八个字节，这个数组开端于BETA变量的地址。Forth源程序的一个不够是我们不理解一个字表示的是变量还是函数。有些纵这样的保守：用连字符表示变量名而用小数点表示函数名。由于好的Forth代码与英语极度

14、相似，在视觉上不须要理解一个整行就能够区别代码和说明，许多用户就用大写字母表示代码而用大写字母表示注释。Forth硬件Forth简直在每个现存的也许曾经存在过的微治理器上都有告竣，但是有些芯片更适合Forth体系运转。很分明，那些与图的Forth虚拟机更接近的芯片能更好地运转Forth。Forth须要两个堆栈，那些支持一个以上堆栈的芯片将运转得更快。由于Forth只须要不多的存放器，所以硅片上假若有存放器也只能浪费。图Forth虚拟机机关Forth虚拟机具有HARVARD体系机关，告竣时通常用一个分辩的存放器留存栈顶元素最小的Forth体系履行1位也许3位长的算术运算，所以Forth在8位芯片

15、上运转较慢。历史上，Motorola微治理器比Intel治理器更适合运转Forth。MC809和MC8X0是统统的Forth 8位芯片。由于Forth虚拟机绝对简单，它能够在一个门阵列中告竣。最早的发愤是Charles Moore，Forth的发觉，指导Harris公司于19年推出了RTX000。这个10MIPS的单芯片Forth引擎纵哈佛体系机关，并把参数栈和前往栈放到芯片上。倒霉的是，这款芯片在商业上没有胜利，现在只用于一些公用的市场，歧天然卫星。纵Forth现在有各种级别的商业和公共的Forth版本。看待一个8位也许1位治理器的嵌入式应用，最轻易方的是在PC机上编写Forth程序，然后再

16、把最终的代码传送到标的目的体系上，由于启发体系能够纵全部的DOS也许Windows才略，在最终的产品中只须要包括一个小的运转时间包和程序自身，字典只是在编译和调试程序时才须要，在最终的产品里能够被去除。由于Forth程序趋向于编译大约每行10个字节，一个000行的程序加上K字节的运转时间文件能够很容易地放到3K字节的PROM中。假若标的目的体系运转串行口并能在RAM中履行，那我更喜好在标的目的体系上编译和安排。尽管这意味着须要为字典和编译器找到存储器空间，但是它大大有助于硬件测试。我的许多硬件题目都是这样解决的：编写短的Forth程序来触发I/O位，再用一个示器查察可疑的区域。一个商业化的Fo

17、rth体系有一个初始字典，它包括有Forth原语和须要告竣Forth编译器的字。许多Forth体系有内建的编辑器，但是能够纵任何轻易的编译器。也可能获得在作体系上如Windows上启发Forth程序的库。看待一个纵单板PC的嵌入式应用，DOS库就很有用了。也能够获得一个Forth扩展库，在程序须要它们的时刻装入这些库。例如，简单的Forth只治理整数，而浮点是可选的。编写自己的库也很简单，我曾经用从Delta Research公司获得的JForth编写理解滤波器的程序。JForth支持Windows、下拉菜单、输入固件和把握参数滑块。然则，它不能治理单数，我在0分钟里就编写好了自己的浮点单数程

18、序库。在一个编写一系列相关把握仪器的团队中，应当有一个员被指定编写硬件接口函数库，治理诸如用相仿方式探问前台把握和涌现等等办事。由于Forth允许程序员启发特殊的解决题目的方，在一个大的项目中，必需有好的文档和团队员之间的严密。纵Forth的公司应当为它们的程序员维护一个Forth外部扩展轨范用于它们的产品和技术。用Forth能够做什么?简单地回复是：任何事。其它的计算机发言限制只能履行编译器的编写者以为须要的作。由于Forth是天然可扩展的，能够做须要的一切事。假若全盘的计划都不行，还能够间接进入机器代码并立须要的任何数据机关。JForth以至告竣了C的机关，后者通常用于与主机的作体系实行互

19、。我曾经须要一个机关，它写入30个命名的一维数组，作为一个单个的命名的两维数组。民众都说这用C告竣起来很轻易，但我平素就没有见到有试着做过。Forth轨范自从Charles Moore 1970年发觉Forth之后，出现了许多Forth轨范和方言。Forth荧惑创新，所以总是有定制和刷新它的倾向，就是在民众口头上承担了轨范时也一样。我从1979年开端处置陈旧的FIG-Forth编程，它仍旧极度陈旧以至都无蜕变。从那时开端，又有了Forth-79和Forth-80，现在是一个ANSI的Forth轨范(X3.15/199)。如何角力较量斗嘴Forth和C?Forth和C都使得程序员能够在更高的级别

20、上头脑，并从较慢的汇编发言启发进程中开进去。Forth合理的文档顺次能够免去C发言中的原型说明。全部的C发言轨范程序流把握(do if else while switch)在Forth中都存在，而且连名字都时时相仿，全盘首要的逻辑和算术作也存在，条件角力较量斗嘴、数组和联合都在Forth中支持，COSNTANT替代了#define，Forth的间接堆栈治理省去了大多半的C发言auto变量。Forth字典的纵和FORTGET定义的才略比C发言的弱作用域作才略更健壮。以至能够比C+更少困苦地支持自己的数据类型。Forth假定知道自己正在做的事。它能够阻止犯打字和机关不完善的不对，但是编译的不对代码

21、手册通常惟有一页，而不是整整一章。有曾经说过：Forth不能够标识语不对，由于它不知道打定纵什么语。在C发言中，遭到的维护更多。但纵使如此，还是必需做一些事，如迫类型转换之类，来苦求编译器助理副理做一些搜检。Forth比C发言有这样一些利益：?启发环境加倍简单。不须要安置整个Forth启发包，由于Forth就是它自己的启发体系，在一个嵌入式应用中，也是它自己的作环境。它提供了一个OS、源码编译器和须要的全部调试程序，这些都放在一个30K字节的软盘上，结束是，纵繁多的工具集和繁多的用户界面。能够把这些与其它工具角力较量斗嘴：一个编译器、OS、一个调试器，可能还有一个标的目的调试程序，它们都来自不

22、同的启发商，并且不是为互相协同办事而安排的；?当置备Forth时，通常能够获得全部启发环境的源代码。相同，能够试着让Borland也许Microsoft给想要的、向后兼容的C发言实行更强的类型检测、隐约把握逻辑也许不同的浮点告竣；?时时能够在标的目的体系上启发Forth程序。在我的C程序合同中，纵Sun办事站运转MAKE来编译和连接履行代码。然后在一个标的目的机器上，我在标的目的体系上电之前下载代码并测试它。假若我想做一个调整，它将消磨一个小时来完全部的进程。纵Forth，我能够始末标的目的机的串行口来打入一个新字，把参数放到堆栈上，然后调用它来搜检这个字能否办事。我能够简单地联合新字以截获对

23、老字的调用；?纵编译器的扩展才略能够使实行任何时髦的编码而不须要切换发言。Forth从一开端就仍旧是面向对象的、沙箱支持安闲台独立的。到场数据机关也许作符重载简直窒息了C+，但在Forth中却没有任何题目；?能够比C发言更容易地进入汇编发言，全盘的数据机关都能够从汇编发言中探问；?标的目的测试更容易。能够纵与代码中一样的命令来互式地搜检和治理数据，在C发言中做异样的事须要更多的学问，它须要许多的键盘输入来把握调试器。不须要一个标的目的作体系，Forth就是一个很好的OS。许多Forth支持多用户和多任务。由于每个任务有一个独立的参数栈和前往栈，所以任务的切换能够瞬时而高效。?Forth在编译时

24、分配存储器资源，它的履行时间是肯定的。它不须要消磨不肯定的时间来拾掇存储器碎片。在一个实时OS中，我选取不纵静态的存储器分配，但是假若须要一些像alloc()和free()一类的作，那也不是大题目，一页的代码足以告竣这些效。由于是基于堆栈的，Forth能够用很少的支拨实行隔绝任职，由于它不须要留存高下文。不好的一面是，Forth可能有些慢。在一个大的程序中，它可能比最新的C发言发生的代码占用更多的空间。然则，尽管用Forth编写的Hello world程序能够到达K字节，但是它不须要装载更大的运转时间库。Forth荧惑程序员纵定点表示，这能够极大地进步运转速度，但是在编码时须要更多地实行理解。

25、Forth的最大缺点如同第条军规。知道Forth的不多，而们又通常不快乐练习某些东西，除非其它的都希望纵它。这就是盖茨师长教师的生方式。假若能够压服的老板让纵Forth，它将为的奥密武器。工业体会涌现Forth程序员能够到达C程序员10倍以上的临盆率。我们这里给出一个Forth和C发言区别的例子。这是一个嵌入式程序，纵板上的PIC驱动晶振。我们用Forth编写了一个程序以涌现PIC程序员如何办事。上面的列表1是这个程序外层循环的PDL形。列表提供了可履行的Forth程序。这了我10分钟时间(在一个现实的Forth程序中，这些代码将要被因子化几个定义)，而列表3是异样程序的C发言版本。列表1一个

26、发抖发生器的顶层程序PDL形Main Program：HouseKeep(set ports,clear flags,set defaults)Read upload bit(has user saved previous settings?)If low CopyPROM(load defaults from EEPROM)Endif ReadConfiguration(get former settings from EEPROM)SetConfiguration(set board registers)Beginloop：(Start of endless loop)Read self-

27、test bit Read self-test number If bit=0 and number 0(self test operation)Case：(test number)On 1do test 1On do test On 3do test 3On do test Endcase；Else(normal operation)Read interface flag(Check for faults or user input)If set Read status word(Identify faults or user input)If fault flag,do soft rese

28、t,endif If jitter flag jitter state,tole state,endif If calibration request,Calibrate,endif If Bit 0,SetAmplitude,Endif If Bit 1,SetBitRate,SetAmplitude,Endif If Bit,SetBitRate,SetAmplitude,Endif If Bit 3,SetFrequency,Endif If parameters have changed Update EEPROM Endif Clear interface flag Endif En

29、dif Endloop；进一步练习要练习更多Forth学问，最好的格式是到场非获利的Forth Interest Group(FIG)组织。它们出版一本名为Forth DIMENSIONS的杂志，也图书和公共域版本的Forth体系软件。典范但是有些过时的书是Leo Brodie的Starting Forth(中译本：Forth发言入门)。假若找不到它，能够从FIG置备。Brodie的Forth头脑方式没有通知如何纵Forth，但对Forth和其它发言的机关和哲学思想实行了很好的考察。另一个好的入门书是C.Kevin McCabe的Forth根源第一卷。为了用Forth告竣一个嵌入式体系，能够先

30、获得一个公共域版本，也能够凭据的治理器置备一个现的版本。Forth Inc.提供基于DOS的版本，可用于8019、8018、8HC1和TMS30C31，它们也有用于8HC11和8051的Windows版本。一些小的Forth启发商在Forth DIMENSIONS上作广告。为什么不纵Forth们常说C发言程序员很容易找到而Forth程序员却很难找。这是事实。很少的程序员知道Forth，但是，我们发现硬件工程师却时时熟识熟练它。有体会的工程师通常比职业程序员能写出更好的嵌入式代码，由于后者不熟识熟练硬件。须要知道公司的标的目的是什么。假若真的须要产品，那么就须要Forth。这就是路。Tom Napier曾是火箭迷信家，壮健学家和工程管理，最近九年时间处置宇宙飞船的通讯设备启发，现在是垂问筹议和作家。能够始末电子邮件与Eric关联泉源：特别声明：1：资料来源于互联网，版权归属原作者2：资料内容属于网络意见，与本账号立场无关3：如有侵权，请告知，立即删除。