Hành trình của một lập trình viên trong việc triển khai ngôn ngữ lập trình Forth đã khơi dậy các cuộc thảo luận về những thách thức và sự đánh đổi của các phương pháp triển khai khác nhau. Sau hai thập kỷ hiểu biết sơ sài, lập trình viên này đã tạo ra hai phiên bản triển khai ribiệt - một bằng Go và một bằng C - mỗi phiên bản đều tiết lộ những hiểu biết độc đáo về kiến trúc của ngôn ngữ này.
Hai cấp độ hiểu biết về Forth
Dự án triển khai đã làm nổi bật một sự phân biệt quan trọng trong cách tiếp cận Forth . Ở cấp độ người dùng, Forth đóng vai trò như một công cụ thực tiễn để tương tác phần cứng và viết script. Tuy nhiên, ở cấp độ hacker lại tiết lộ sức mạnh thực sự của Forth - khả năng triển khai các cấu trúc điều khiển luồng như IF...THEN trực tiếp trong chính ngôn ngữ đó, biến chúng thành các thành phần hạng nhất cùng với các thao tác tích hợp sẵn.
Phiên bản triển khai bằng Go đã sử dụng một phương pháp tiếp cận không theo quy ước, lưu trữ các định nghĩa từ dưới dạng chuỗi thay vì mã đã biên dịch. Mặc dù điều này tạo ra một trình thông dịch hoạt động phù hợp cho các tác vụ lập trình cơ bản, nhưng nó đã hạn chế cơ bản khả năng của hệ thống. Ngôn ngữ chủ duy trì quyền kiểm soát hoàn toàn, ngăn người dùng triển khai các cấu trúc điều khiển riêng của họ trong Forth .
Đặc điểm của ngôn ngữ Forth
- Ngôn ngữ nối tiếp: Phong cách lập trình point-free trong đó các hàm kết hợp một cách tự nhiên
- Dựa trên ngăn xếp: Tất cả các phép toán hoạt động với các tham số ngăn xếp ngầm định
- Mã có luồng: Các từ được liên kết với nhau như chỉ trong việc khâu vá
- Tự sửa đổi: Có thể định nghĩa lại các cấu trúc điều khiển của chính nó
- Cú pháp tối giản: Rất ít cấu trúc ngôn ngữ, có khả năng mở rộng cao
- Hướng REPL: Được thiết kế cho lập trình tương tác và điều khiển phần cứng
Thách thức triển khai cổ điển
Các cuộc thảo luận trong cộng đồng tiết lộ rằng việc triển khai Forth một cách đúng đắn đòi hỏi phải tuân theo các nguyên tắc kiến trúc ban đầu của nó. Ngôn ngữ này mong đợi một cấu trúc từ điển liên kết nơi mã và dữ liệu chia sẻ cùng một không gian bộ nhớ. Điều này cho phép Forth tự khởi động, với phần lớn ngôn ngữ được triển khai bằng chính Forth thay vì ngôn ngữ chủ.
Phiên bản triển khai của anh ấy, mặc dù hoạt động cho các trường hợp sử dụng của anh ấy, thực sự khá xa so với các phiên bản gốc. Hầu hết các triển khai Forth mặc định của các từ sẽ thất bại, vì chúng mong đợi heap và stack hoạt động theo một cách nhất định.
Phiên bản triển khai bằng C đã giải quyết những hạn chế này bằng cách tuân theo phương pháp threaded truyền thống, cho phép toàn bộ khả năng của Forth bao gồm tự sửa đổi và ngữ nghĩa biên dịch tùy chỉnh.
So sánh Triển khai
| Khía cạnh | Triển khai Go (goforth) | Triển khai C (ctil) |
|---|---|---|
| Kiến trúc | Trình thông dịch thuần túy với lưu trữ chuỗi | Từ điển luồng cổ điển |
| Luồng điều khiển | Được điều khiển bởi ngôn ngữ chủ | Có thể triển khai trong Forth |
| Mô hình bộ nhớ | Cấu trúc Go riêng biệt | Không gian code/data thống nhất |
| Khởi tạo | Hạn chế | Tự triển khai Forth đầy đủ |
| Trường hợp sử dụng | Chỉ Forth cấp người dùng | Khả năng cấp hacker đầy đủ |
Mối quan tâm về khả năng đọc và quản lý Stack
Cuộc thảo luận cũng đề cập đến những thách thức cơ bản về khả năng đọc của Forth . Mô hình lập trình dựa trên stack, mặc dù thanh lịch cho một số ứng dụng nhất định, đòi hỏi việc theo dõi tinh thần rộng rãi về luồng dữ liệu. Ngay cả các thao tác đơn giản cũng có thể trở thành các chuỗi thao tác stack phức tạp khó theo dõi nếu không có các bình luận chi tiết.
Tuy nhiên, các lập trình viên Forth có kinh nghiệm cho rằng việc phân tách và quy ước đặt tên phù hợp có thể giảm thiểu những vấn đề này. Ngôn ngữ này khuyến khích việc chia nhỏ các thao tác phức tạp thành các từ nhỏ, được đặt tên rõ ràng để giảm thiểu việc xáo trộn stack.
Tính liên quan hiện đại và ứng dụng
Mặc dù đã có tuổi đời lâu, Forth vẫn tiếp tục tìm thấy các ứng dụng trong hệ thống nhúng và firmware. Open Firmware , được sử dụng trong PowerPC Mac và các hệ thống khác, dựa vào FCode - một phương ngữ của Forth . Điều này chứng minh rằng mặc dù Forth có thể có vẻ cổ xưa, nó vẫn phục vụ các mục đích thực tiễn trong cơ sở hạ tầng máy tính hiện đại.
Dự án triển khai này đóng vai trò như một bài tập giáo dục, cung cấp những hiểu biết sâu sắc về máy stack, thông dịch so với biên dịch, và việc kết hợp các cấp độ trừu tượng. Đối với các lập trình viên quan tâm đến việc triển khai ngôn ngữ, Forth cung cấp một thách thức có thể tiếp cận nhưng tinh vi, tiết lộ các nguyên tắc cơ bản của thiết kế ngôn ngữ máy tính.
Tham khảo: Implementing Forth in Go and C