2.5. Реализация определяющих слов

Механизм определяющих слов составляет одно из основных достоинств языка Форт, главную «находку» его создателей. С его помощью программист может вводить свои типы данных и структуры управления, задавая их внешнее синтаксическое оформление и внутреннюю семантическую реализацию. Исходный строительный материал программист может брать из сравнительно небольшого исходного запаса слов-команд языка или создавать сам.

Широкие выразительные возможности и вместе с тем компактность реализации этого механизма вытекают из того, что в его основе лежит фундаментальный принцип частичной параметризации. Его применению в традиционных языках программирования мешал громоздкий аппарат процедурного вызова, который считался в этих языках элементарным и неделимым действием. В языке Форт конструкция вызова разложена на отдельные составляющие и доступна «по частям», в частности имеется доступ к адресу возврата и всему динамическому контексту вызова.

В сочетании с единым механизмом передачи параметров через стек и компактной реализацией через шитый код это дает недостижимый для других языков уровень свертки понятий.

Рис. 2.8. Структура статьи определяющих и определяемых слов

На рис. 2.8 приведена структура словарных статей, возникающая после обработки определений

  : CONST  CREATE  ,  DOES>  @  ;
        4  CONST  ХОР    5  CONST  ОТЛ

Там же показана словарная статья для слова :, в теле которой находится точка CALL адресного интерпретатора.

Поле кода статьи CONST содержит адрес точки CALL, а поле параметров содержит последовательность ссылок на словарные статьи, скомпилированную адресным интерпретатором в соответствии с техникой шитого кода. Слово DOES>, входящее в это определение, имеет признак немедленного исполнения, поэтому оно не компилируется вслед за ссылкой на статью для запятой, а исполняется. Его исполнение состоит в компиляции ссылки на статью вспомогательного слова (;CODE) и компиляции машинной команды JSR перехода с возвратом на специальную точку DOES в ядре форт-системы. Далее текстовый интерпретатор компилирует ссылку на статью для @ и исполняет (в силу признака немедленного исполнения) слово ;, которое завершает построение словарной статьи. Оно компилирует ссылку на статью EXIT и переключает текстовый интерпретатор в состояние исполнения.

Во время исполнения слова CONST во фрагменте 4 CONST ХОР входящее в него слово CREATE создаст для слова ХОР заголовок словарной статьи и поле кода, заслав туда стандартный адрес. Следующее слово, скомпилирует число 4 в поле параметров, а слово (;CODE) занесет в поле кода адрес следующей за ним машинной программы и закончит исполнение слова CONST:

  : (;CODE) ( ---> )  R>  LATEST  NAME>  !  ;

Значение, снимаемое с вершины стека возвратов словом R>, — это как раз адрес команды JSR в определении слова CONST. Слово LATEST кладет на стек адрес заголовка последней созданной статьи, т.е. статьи ХОР, а слово NAME> преобразует этот адрес в адрес поля кода. Поскольку со стека возвратов было снято одно значение, то по завершении данного определения управление вернется в точку после вызова определения, вызвавшего данное, т.е. на продолжение работы после вызова слова CONST. Аналогичные действия будут исполнены при обработке текста 5 CONST ОТЛ. Если теперь слово ХОР будет исполняться, то из точки NEXT адресного интерпретатора управление будет передано на машинную программу по адресу из поля кода, т.е. на команду JSR в теле определения CONST. Эта команда перехода с возвратом передает управление на точку DOES, сообщив ей в качестве своего адреса возврата адрес следующей последовательности ссылок — исполняющей части определения CONST. Точка DOES кладет на стек адрес поля параметров статьи ХОР (в этот момент в рабочей ячейке W еще находится адрес поля кода статьи ХОР, загруженный туда действием NEXT) и исполняет действие CALL для исполняющей части определения CONST. Следующее исполняемое слово @ заменит на стеке адрес поля параметров статьи ХОР числом 4, скомпилированным по этому адресу, и затем слово EXIT завершит исполнение данного вызова слова ХОР.

Слово : тоже является определяющим, и его словарная статья имеет такую же структуру. Рассмотрим его работу на примере трансляции определения CONST.

Создающая часть слова : состоит из слов CREATE и ]. Первое выбирает из входной строки следующее за двоеточием слово (в данном случае CONST) и создает для него начало словарной статьи (заголовок и поле кода), а второе переключает текстовый интерпретатор в состояние компиляции. Последнее в создающей части слово (;CODE) вписывает в поле кода создаваемой новой статьи текущее значение указателя интерпретации, т.е. адрес точки CALL, которая располагается в теле данного определения, после чего исполнение двоеточия заканчивается. Поскольку теперь интерпретатор находится в состоянии компиляции, то следующие вводимые слова будут компилироваться, заполняя поле параметров статьи CONST последовательностью ссылок. Так будет продолжаться до тех пор, пока слово — точка с запятой, отмечающее конец определения и имеющее признак немедленного исполнения, не переключит интерпретатор обратно в состояние исполнения:

  : ;  ( ---> )  COMPILE  EXIT  [COMPILE]  [  ;  IMMEDIATE

Определяющие слова являются механизмом для создания классов слов со сходным «поведением», которое определяется исполняющей частью и включается в словарную статью слова через поле кода. Разница между словами внутри одного класса состоит в значении поля параметров, которое строится при определении слова. Слова, определенные через двоеточие, составляют один из классов наряду с константами, переменными, списками слов и другими, которые программист может вводить по своему усмотрению. При этом достигается существенная экономия памяти за счет того, что общая часть всех слов одного класса присутствует в памяти в единственном экземпляре в статье определяющего слова.

Таким образом, в основе языка Форт лежат две структуры: внешняя — простейшая синтаксическая структура слова, представленного как последовательность литер, ограниченная пробелом, и внутренняя — структура словарной статьи, в которой поле кода задает интерпретатор поля параметров. Одним из частных случаев такого интерпретатора является адресный интерпретатор, и тогда поле параметров содержит последовательность интерпретируемых адресов в шитом коде. Этому случаю отвечает определение через двоеточие. Другие определяющие слова задают другие интерпретаторы и соответственно другие структуры поля параметров.