5. 字典
Forth 程序存储在字典中。字典占据了系统存储器的很大部分，它由一个串线链接的可变长度的项目组成，每个项目定义了一个字。每个定义的内容根据字的类型（数据项、常数、操作序列等）而有所不同，字典是可扩展的。

字是由“定义字”加入字典的，最常用的定义字是：（冒号）。当冒号执行的时候，它为后面的字建立一个字典项，然后进入“编译”模式。有许多不同的编译方法，最常用的是“串线编码”，这种方法把定义编译成一系列以前定义字的地址引用。定义由；（分号）结束。下面就是一个定义：

: NETWORK ( -- ) OPEN LINK TRXT. ECHO CLOSE LINK ;



图 1 编译的字典项

当一个名字项被编译到字典中的时候（称为定义的首部），它包含一个指向字典中前一个首部的指针。新字的名字加入字典（这里就是 NETWORK ），接着一个指向名字为“（ : ）”子程序调用的指针编译到字典中作为定义的第一部分，这个指针指向一段在解释定义体时需要执行的代码。当然，这里所说的不是唯一的编译技术，但它的应用最为普遍，这种技术称为间接串线编码，因为定义中的第一个项目是一段代码的引用，这段代码知道如何解释定义的其它部分。

定义的其它部分称为这个定义的体。在编译模式下，系统将依次寻找每个字的首部。每个首部地址依次放到定义体中，这样就产生了一个地址列表。最后在到达；时，一个称为“EXIT”的子程序地址被编译进定义。 EXIT 子程序用来将控制返回到调用字，就像一个子程序返回一样。

6. 堆栈
Forth 维护两个下推式堆栈，下推式堆栈也称为后进先出列表，它们提供了 Forth 字之间通信以及逻辑控制的有效机制。

尽管两个堆栈的结构是相同的，但它们的用途却大不相同。与用户/程序员关系最为密切的是数据栈，它保存有调用字之间传递的参数，以替代传统语言的参数列表，同时也是一个实现定义重用的有效内部机制。第二个堆栈是返回栈，用于保存嵌套定义的返回地址，偶尔也用于临时保存其它的数据。

数据栈的使用导致了一种操作数位于操作符后面的“后缀”表示方法，这种后缀表示方法常常被称为 RPN 或者“逆波兰表示法”，用以纪念 Lukasiewicz 教授，上个世纪 20 年代时， Lukasiewicz 教授在华沙大学工作，为 Sentential Calculus 开发了这种方法。

作为一个例子，我们来看一下字 BLANK 。这个字希望堆栈上有一个地址和一个数，字 BLANK 将从指定地址开始填充指定数目的 ASCII 空格，于是：

PAD 25 BLANK

将向 Forth 系统的便笺区填入25个空格，这里地址是由字 PAD 放到堆栈上的。应用字通常按相似的方法定义，比如：

100 SAMPLES

将定义一个用于保存 100 个测量值的数据数组。算术操作也从堆栈上取值并将结果保存到堆栈上。例如， + 操作把栈顶的两个数相加，并用它们的和替代栈顶。由于操作的结果仍然留在栈顶，所以连续的操作就可以组合在一起而不需要临时存储变量。例如，表达式

tempn + ((reading % interval) / interval) * (tempn1 - tempn)

变成：

reading interval % interval / tempn1 tempn - * tempn +






7. 解释器
Forth 本质上是一个解释系统，在这样的系统中，程序的执行是由数据项而不是由机器代码控制的。解释系统通常很慢，但是 Forth 却通过两级解释而保持了实时应用所需要的高速度。当然，我们这样说是假设系统使用普通的串线编码方法，如果使用编译技术来产生本地代码，就根本不会有任何速度上的损失了。

•  第一个解释器是文本解释器，它扫描从终端（或者从海量存储器）得到的字符串，并在字典中查找每一个字。如果找到了这个字，就通过第二级地址解释器执行。

•  第二级解释器是“地址解释器”。尽管不是所有的系统都用这种方法实现，但这种方法却是最早的和最基本的方法，地址解释器通过执行每个定义点的程序来处理地址（或者标记）串，这些定义点是由：（冒号）创建并编译到定义中的。

7.1 文本解释器
上电之后。 Forth 启动一个称为 QUIT 的无限循环。这就是 Forth 文本解释器，也称为键盘解释器。

: QUIT ( -- ) BEGIN RESET QUERY INTERPRET AGAIN ;

RESET 清除堆栈， QUERY 等待用户从键盘（或者从海量存储设备）输入一个命令， INTERPRET 寻找字典匹配，然后执行。 BEGIN 和 AGAIN 是程序控制字，用于构造无限循环。

QUIT 循环提供了语言的“交互式”特点，如果输入命令，它就可以立即被执行，而执行的结果可以使用相同的文本解释器来观察。与其它的编辑 - 编译 - 链接 - 测试程序开发过程相比，一个新的定义可以在极短的时间里被反复地测试和排错。

7.2 地址解释器
定义项首部的最后一个字段是指向功能执行的代码指针，这个字段所在的地址被称为“代码域地址”，简称 CFA 。对于所有的 Forth 高级定义字（使用 : 冒号定义的字），这个地址就是地址解释器的地址，它指向字 (:) 。

地址解释器有一个寄存器 I ，其中包含被执行列表的下一个入口的地址。这个入口就是某个字的 CFA 地址，这个字被当前正在执行的高级定义字所调用。正是 CFA 决定了一个字的属性（或者类型）。

在下面的例子中，字 A 调用字 B ，字 B 调用字 X 等等。 CFA 保存在中间寄存器 W 中。采用这种两级间接寻址和字典列表结构的 Forth 编码方式也被称为“间接串线编码”。



图 2 间接串线编码

地址解释器读入 I 并使用列表中的下一个地址装入 W ，然后从 W 读出并执行由它指示的代码。 I 自动增量指向列表中的下一个入口，因为第一个入口是 CFA ，所以 I 现在指向了定义体。这对于查找表一类的数据结构非常有用，因为定义体就是表元素的存储区。在高级定义的情况下，代码域地址指向子程序 (:) ，它把当前的 I 保存到返回栈上，然后从 W 装入 I 并重复这一过程。在高级定义的结尾，字 EXIT 被执行，恢复原来的 I 值，程序像以前一样继续执行。这三个动作“读 I 指针，保存 I 指针，恢复 I 指针”是地址解释器得以工作的基本机制。

地址解释器有三个重要的特点：

•  特别快。尽管实际的速度依赖于特定的实现，但专业化的实现是高度优化的，每个地址通常要求 1-2 个机器字。这相比纯的汇编代码只增加 0%-50% 的开销。在许多基准程序测试中，好的 Forth 实现远远胜过诸如 BASIC 或者 LISP 一类的解释语言，可以与其它的编译高级语言相比；

•  它使得 Forth 定义极其紧缩，每一个引用仅仅需要一个单元（可以把单元理解成机器字，但是“字”在 Forth 中是指一个定义项）。作为比较，我们可以考虑一下许多高级语言产生的子程序调用结构：一个 CALL 或者 JSR 指令，后随地址，在这之前和之后，还有参数序列的访问指令。

•  使用返回栈保存地址的方法对于程序员是透明的，字也可以按需要嵌套许多层，这样的高级定义字序列可以被自动处理而不需要特殊的代码。

Forth 系统中的许多字都是用 : 定义并通过地址解释器进行解释的，而许多 Forth 系统本身也是用这种方法定义的。 

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