Forth (プログラミング言語)

Forth は、スタック指向の プログラミング言語および対話型統合開発環境であり、 Charles H. "Chuck" Mooreによって設計され、1970 年に他のプログラマーによって初めて使用されました。この言語は頭字語ではありませんが、初期の頃はすべて大文字でFORTHと表記されることがよくありました。FORTH-79 および FORTH-83 の実装は Moore によって書かれたものではありませんが、事実上の標準となり、この言語の公式技術標準は 1994 年に ANS Forth として公開されました。ANS Forth の前後には、さまざまな Forth 派生言語が存在しました。無料のオープン ソース ソフトウェアである Gforth実装は、いくつかの商用サポート システムと同様に、積極的に保守されています。

Forth は、通常、コンパイラと統合コマンド シェル^[a]を組み合わせ、ユーザーはワードと呼ばれるサブルーチンを介して対話します。ワードは、プログラム全体を再コンパイルまたは再起動することなく、定義、テスト、再定義、デバッグできます。変数、演算子、制御フローを含むすべての構文要素は、ワードとして定義されます。ワード間でパラメータを渡すためにスタックが使用され、逆ポーランド記法スタイルにつながります。

Forth が存在していた期間の大半において、標準的な手法は、バイトコードよりも高速に解釈できるスレッド コードにコンパイルすることだった。Forth の初期のメリットの 1 つはサイズであった。コンパイラ、エディター、ユーザー プログラムを含む開発環境全体が、8 ビットまたは同様に制限されたシステムのメモリに収まるようになった。スペースによる制約がなくなったため、他の言語コンパイラのように最適化されたマシン コードを生成する最新の実装が存在する。基本的な Forth システムの作成が比較的簡単だったため、多くの個人的および独自のバリアントが生まれました。たとえば、 Electronic Artsの1986 年のベストセラー ビデオ ゲームStarflightの実装に使用されたカスタム Forth などです。^[1]

Forthは、 Open Firmware ブートローダ、Philae宇宙船などの宇宙飛行アプリケーション^[2]、^{[3] [4]}、およびハードウェアとの相互作用を伴うその他の組み込みシステムで使用されています。

ムーアは、コンパイルされた Forth のようなコードを直接実行するためのマイクロプロセッサ シリーズを開発し、 cmForth やcolorForthなど、Forth の概念に基づいたより小さな言語の実験を行いました。これらの言語のほとんどは、チップ設計などのムーア自身のプロジェクトをサポートするために設計されました。

Forthは天文学や宇宙のアプリケーション^[5]でニッチな位置を占めており、組み込みシステムでも歴史があります。Apple 、IBM、Sun、OLPC XO-1で使用されているOpen Firmware ブートROMにはForth環境が含まれています。

Forthは新しいハードウェアを立ち上げるためによく使われてきました。Forthは1978年に新しいIntel 8086チップに搭載された最初の常駐ソフトウェアであり、MacFORTHは1984年にMacintosh 128Kに搭載された最初の常駐開発システムでした。 ^[6]

Atari, Inc. は、デパートでAtari 8 ビット コンピュータの機能を宣伝するために、Forth で書かれた精巧なアニメーション デモを使用しました。 ^[7] Electronic Arts は、1980 年代に、Worms? (1983)、^[8] Adventure Construction Set (1984)、^[9] Amnesia (1986)、^[10] Starflight (1986)、^[1] Lords of Conquest (1986)など、Forth で書かれた複数のビデオ ゲームをリリースしました。ロボット コーディング ゲームChipWits (1984) は MacFORTH で書かれました。^[11]

フラットファイルデータベースプログラムであるAshton-TateのRapidFile （1986年）と、 Lotus 1-2-3と競合するスプレッドシートプログラムであるPaperback Software InternationalのVP-Planner ^[12] （1983年）は、Forthで書かれていました。

Canon Cat (1987) はシステム プログラミングに Forth を使用しています。

ロックウェルは、 Forthカーネルを搭載したシングルチップマイクロコンピュータR65F11とR65F12を製造した。ASYSTは、PC上での計測と制御のためのForth拡張であった。^[13]

Forth プログラミング言語は、『スター・ウォーズ エピソード 4/新たなる希望』の制作に使用されました。^{[要出典]具体的には、}ジョン・ダイクストラとインダストリアル・ライト・アンド・マジックのチームが開発した Dystraflex モーション コントロール システムを制御するために使用されました。このシステムは、宇宙戦闘シーンやデス・スターのトレンチ ラン シーケンスに必要な複雑で正確なカメラの動きを作成するのに役立ちました。

Dystraflex システムでは、カメラの動きを事前にプログラムしておき、それを複数のテイクで正確に繰り返すことができました。これは、実写映像とモデルショットやその他の視覚効果を組み合わせるのに非常に重要でした。Forth が選ばれたのは、効率性と、これらの複雑なタスクに必要なリアルタイム処理を処理できる能力のためです。

Forthは、1968年以来継続的に開発されていたチャールズ・H・ムーアの個人用プログラミングシステムから発展しました。 ^{[6] [14]} Forthが他のプログラマーに初めて紹介されたのは、1970年代初頭、米国国立電波天文台（NRAO）のエリザベス・ラザーでした。^[6] NRAOでの仕事の後、チャールズ・ムーアとエリザベス・ラザーは1973年にFORTH, Inc.を設立し、その後10年間でForthシステムを改良し、他の数十のプラットフォームに移植しました。

ムーアはForthをコンパイル・リンク・実行型の第3世代プログラミング言語、つまり「第4世代」ハードウェア用ソフトウェアの後継と見なしていた。彼はその名前の由来を次のように回想している。^[15]

モハスコ（1960 年代後半）では、IBM 2250グラフィック ディスプレイとインターフェイスされたIBM 1130にも直接取り組んでいました。1130 は非常に重要なコンピュータで、最初のカートリッジ ディスクのほか、カード リーダー、カード パンチ (ディスクのバックアップ用)、コンソール タイプライターが搭載されていました。1130 によって、プログラマーは初めてコンピュータを対話的に完全に制御できるようになりました。

FORTH は、1130 で初めて実体として登場しました。これは、第 4 世代のコンピュータ言語を表す FOURTH の 5 文字の略語である FORTH と呼ばれていました。覚えているかもしれませんが、それは第 3 世代のコンピュータの時代であり、私はその先を行くつもりでした。しかし、FORTH は 1130 (5 文字の識別子のみを許可) で実行されたため、名前は短縮されました。

FORTH社のmicroFORTHは、 1976年からIntel 8080、Motorola 6800、Zilog Z80、RCA 1802マイクロプロセッサ向けに開発されました。その後、MicroFORTHは、1978年に6502などの他のアーキテクチャ向けのForthシステムを生成するために愛好家によって使用されました。Forth Interest Groupは1978年に結成されました。 ^[16]同グループは、ほとんどの家庭用コンピュータ向けに独自の言語バージョンであるFIG-Forthを推進し、配布しました。

Forthは1980年代初頭に人気を博したが、これはマイクロコンピュータの限られたメモリに適していたためである。言語の実装が容易だったため、多くの実装が行われた。 [ ^{18 ]} Jupiter ACEホームコンピュータには、ROM常駐オペレーティングシステムにForthが搭載されている。Insoft GraFORTHは、Apple II用のグラフィックス拡張機能を備えたForthのバージョンである。^[19]

一般的な慣行は、1979年と1983年にそれぞれ事実上の標準であるFORTH-79 ^[20]とFORTH-83 ^{[21]に制定されました。これらの標準は1994年に}ANSIによって統一され、一般にANS Forthと呼ばれています。^{[22] [23]}

2018年現在、FORTHのオリジナルの1130バージョンのソースが復元され、復元またはエミュレートされた1130システムで実行できるように更新されています。^[24]

Forth は、ワードと呼ばれる小さくて単純な関数の使用を強調しています。大きなタスクのためのワードは、それぞれが異なるサブタスクを実行する多くの小さなワードを呼び出します。大規模な Forth プログラムはワードの階層です。これらのワードは、スタック メカニズムを介して暗黙的に通信する個別のモジュールであり、個別にプロトタイプ化、構築、テストできます。Forth コードの最高レベルは、アプリケーションの英語による説明に似ている場合があります。Forth は、問題指向言語を作成するために使用できる言語であるメタ アプリケーション言語と呼ばれています。^[25]

Forth は、データ スタックと逆ポーランド記法の明示的な使用に依存しており、これはHewlett-Packardの計算機で一般的に使用されています。RPN では、演算子はオペランドの後に配置されますが、より一般的な中置記法では演算子がオペランドの間に配置されます。後置記法により、言語の解析と拡張が容易になります。Forth の柔軟性により、静的なBNF文法は不適切となり、モノリシックなコンパイラはありません。コンパイラを拡張するには、文法を変更して基礎となる実装を変更するのではなく、新しい単語を記述するだけで済みます。

RPN を使用すると、次のようにして数式の結果を得ることができます(25 * 10 + 50)。

 25 10 * 50 + CR . 300 ok      
  

まず、数字 25 と 10 がスタックに置かれます。

この単語は*スタックから上位 2 つの数字を取り出し、それらを掛け合わせて、その積をスタックに戻します。

次に、数字 50 がスタックに配置されます。

ワードは+上位2つの値を加算し、合計をプッシュします。CR(キャリッジリターン) は新しい行で出力を開始します。最後に、.結果を出力します。すべてが正常に完了すると、Forthシステムは を出力しますOK。^[26]

Forth の構造的特徴もスタックベースです。例:

 : FLOOR5 ( n -- n' ) DUP 6 < IF DROP 5 ELSE 1 - THEN ;               

コロンは新しい定義の始まりを示します。この場合は、 と呼ばれる新しいワード (ここでも、ワードはサブルーチンに使用される用語です) ですFLOOR5。括弧内のテキストはコメントであり、このワードはスタック上に数値を期待し、変更された可能性のある数値 (スタック上) を返すことを示しています。

サブルーチンは次のコマンドを使用します:DUPスタック上の数値を複製します。6スタックの先頭に 6 をプッシュします。スタック<の先頭の 2 つの数値 (6 とDUPed 入力) を比較して、それらを真偽値に置き換えます。真偽IF値を受け取り、その直後のコマンドを実行するか、にスキップするかを選択しますELSE。DROPスタック上の値を破棄します。5スタックの先頭に 5 をプッシュし、THEN条件を終了します。

この単語は、条件演算子'?:' を使用してC プログラミング言語FLOOR5で記述されたこの関数と同等です。

int floor5 ( int v ) { return ( v < 6 ) ? 5 : ( v - 1 ); }   
           

この関数は、より簡潔に次のように記述されます。

 :フロア5 ( n -- n' ) 1- 5最大;      

これは次のように実行できます。

 1階 5 CR . 5 ok 8 階5 CR . 7 ok   
  
    
  

まず、数値 (1 または 8) がスタックにプッシュされ、FLOOR5が呼び出され、その数値が再度ポップされ、結果がプッシュされます。CRは出力を新しい行に移動します (これも読みやすくするためだけに行われています)。最後に、 の呼び出しによって.結果がポップされ、出力されます。

Forth の文法には公式の仕様はない。その代わりに、単純なアルゴリズムで定義されている。インタープリタは、ユーザ入力デバイスから入力行を読み取り、スペースを区切り文字として単語を解析する。一部のシステムでは、追加の空白文字を認識する。インタープリタが単語を見つけると、辞書でその単語を検索する。単語が見つかった場合、インタープリタはその単語に関連付けられたコードを実行し、入力ストリームの残りの部分の解析に戻る。単語が見つからない場合、その単語は数値であると想定され、それを数値に変換してスタックにプッシュする。成功した場合、インタープリタは入力ストリームの解析を続行する。そうでない場合、つまり、検索と数値変換の両方が失敗した場合、インタープリタは単語に続いて、単語が認識されないことを示すエラー メッセージを出力し、入力ストリームをフラッシュして、新しいユーザ入力を待つ。^[27]

新しい単語の定義は、単語:(コロン) で始まり、単語;(セミコロン) で終わります。たとえば、

 : X DUP 1+ . . ;      

は単語 をコンパイルしX、その名前を辞書で検索できるようにします。10 Xコンソールに入力して実行すると が出力されます11 10。^[28]

ほとんどの Forth システムには、プロセッサの機能を使用してワードを書き込むためのアセンブラが含まれています。Forth アセンブラは、命令のパラメータが命令の前に来る逆ポーランド構文を使用することがよくあります。典型的な逆ポーランドアセンブラは、スタック上にオペランドを準備し、ニーモニックは最後のステップとして命令全体をメモリにコピーします。Forth アセンブラは本質的にマクロアセンブラであるため、Forth システムでの役割に応じてレジスタのエイリアスを簡単に定義できます。たとえば、データスタックポインタとして使用されるレジスタの場合は「dsp」です。^[29]

ほとんどの Forth システムは、 Microsoft Windows、Linux 、またはUnixのバージョンなどのホスト オペレーティング システムで実行され、ソース ファイルとデータ ファイルにはホスト オペレーティング システムのファイル システムを使用します。ANSI Forth 標準では、I/O に使用されるワードが説明されています。すべての最新の Forth システムは、組み込みシステムであっても、ソースに通常のテキスト ファイルを使用します。常駐コンパイラを備えた組み込みシステムは、シリアル ライン経由でソースを取得します。

従来の Forth システムでは、オペレーティング システムもファイル システムも使用されていません。ソース コードBLOCKは、ファイルにコードを格納する代わりに、物理ディスク アドレスに書き込まれたディスク ブロックに格納されます。ワードは、1K サイズのディスク領域ブロックの番号を、Forth システムによって自動的に管理されるデータを含むバッファーのアドレスに変換するために使用されています。ブロックの使用は、1990 年代半ば以降、まれになっています。ホスト システムでは、いずれにしても、これらのブロックも通常のファイルに割り当てられます。

マルチタスク、最も一般的には協調 ラウンドロビンスケジューリングが通常利用可能です（ただし、マルチタスクワードとサポートはANSI Forth標準ではカバーされていません）。ワードは、PAUSE現在のタスクの実行コンテキストを保存し、次のタスクを見つけ、その実行コンテキストを復元するために使用されます。各タスクには独自のスタック、いくつかの制御変数のプライベートコピー、およびスクラッチ領域があります。タスクのスワップは簡単かつ効率的です。その結果、Forthマルチタスクは、Intel 8051、Atmel AVR、TI MSP430などの非常に単純なマイクロコントローラでも利用できます。^[30]

その他の非標準機能には、ホスト OS またはウィンドウ システムへの呼び出しを発行するメカニズムが含まれ、多くはオペレーティング システムによって提供されるスケジュールを使用する拡張機能を提供します。通常、タスクの作成、一時停止、破棄、および優先度の変更のためのスタンドアロンの Forthワードとは異なる、より大規模なワード セットがあります。 PAUSE

すべてのソースコードを備えたフル機能の Forth システムは、Forth プログラマーによってメタコンパイルまたはセルフホスティングと呼ばれる手法で、それ自体をコンパイルします (ただし、この用語は通常の定義によるメタコンパイルとは正確には一致しません)。通常の方法は、コンパイルされたビットをメモリに配置する少数のワードを再定義することです。コンパイラのワードは、メモリ内のバッファ領域にリダイレクトできる、特別な名前のフェッチとストアのバージョンを使用します。バッファ領域は、コードバッファとは異なるアドレスから始まるメモリ領域をシミュレートまたはアクセスします。このようなコンパイラは、ターゲットコンピュータのメモリとホスト (コンパイル) コンピュータのメモリの両方にアクセスするワードを定義します。^[31]

コード空間のフェッチおよびストア操作が再定義された後、コンパイラ、アセンブラなどがフェッチおよびストアの新しい定義を使用して再コンパイルされます。これにより、コンパイラとインタープリタのすべてのコードが効果的に再利用されます。次に、Forth システムのコードがコンパイルされますが、このバージョンはバッファに格納されます。メモリ内のバッファはディスクに書き込まれ、テストのために一時的にメモリにロードする方法が提供されます。新しいバージョンが機能しているように見える場合は、以前のバージョンに上書きされます。

このようなコンパイラには、さまざまな環境向けに多数のバリエーションが存在する。組み込みシステムの場合、コードはシリアルポートまたは単一のTTLビットを介して別のコンピュータに書き込まれる可能性があり、これはクロスコンパイルと呼ばれる手法である。その場合、辞書の単語名やその他の非実行部分は元のコンパイル元コンピュータに保持される。このようなForthコンパイラの最小定義は、バイトをフェッチして格納する単語と、Forth単語の実行を命令する単語である。リモートポートの作成で最も時間がかかるのは、フェッチ、格納、実行を実装する初期プログラムを構築することであることが多いが、最近のマイクロプロセッサの多くには、このタスクを省く統合デバッグ機能（モトローラCPU32など）がある。^[32]

Forth の基本的なデータ構造は「辞書」であり、これは「単語」を実行可能なコードまたは名前付きデータ構造にマッピングします。辞書は、メモリ内にリンク リストのツリーとして配置されます。リンクは、最新の (最も最近に) 定義された単語から最も古い単語へと進み、通常は NULL ポインタであるセンチネル値が検出されるまで続きます。コンテキスト スイッチにより、リスト検索は別のリーフから開始されます。リンク リスト検索は、ブランチがメイン トランクにマージされて最終的にセンチネルであるルートに戻るまで続行されます。辞書は複数存在する場合があります。メタ コンパイルなどのまれなケースでは、辞書が分離され、スタンドアロンになる場合があります。効果は名前空間のネストに似ており、コンテキストに応じてキーワードをオーバーロードできます。

定義語は通常、ヘッドとボディで構成され、ヘッドは名前フィールド(NF) とリンク フィールド(LF) で構成され、ボディはコード フィールド(CF) とパラメーター フィールド(PF) で構成されます。

辞書エントリのヘッドとボディは連続していない可能性があるため、別々に扱われます。たとえば、Forth プログラムが新しいプラットフォーム用に再コンパイルされると、ヘッドはコンパイルしているコンピュータに残り、ボディは新しいプラットフォームに送られます。環境によっては (組み込みシステムなど)、ヘッドが不必要にメモリを占有します。ただし、クロスコンパイラの中には、ターゲット自体が対話型 Forth をサポートすることが予想される場合、ターゲットにヘッドを配置するものもあります。^[33]

辞書エントリの正確な形式は規定されておらず、実装はさまざまです。

コンパイラ自体はモノリシックなプログラムではありません。システムから見え、プログラマーが使用できる Forth ワードで構成されています。これにより、プログラマーは特別な目的のためにコンパイラのワードを変更できます。

名前フィールドの「コンパイル時」フラグは、「コンパイル時」動作を行うワードに対して設定されます。ほとんどの単純なワードは、コマンドラインで入力されても、コードに埋め込まれても、同じコードを実行します。これらをコンパイルするとき、コンパイラは単にコードまたはスレッド化されたポインタをワードに配置します。^[28]

コンパイル時ワードの典型的な例は、や などの制御構造です。Forth の制御構造のほぼすべてとコンパイラのほぼすべてが、コンパイル時ワードとして実装されています。Ulrich Hoffmann の preForth で使用された条件付き戻りワードなど、いくつかの実装でのみ見られるまれにしか使用されない制御フローワードを除き、 ^{[34] [35] Forth の}制御フローワードはすべて、コンパイル時に実行され、さまざまなプリミティブワードの組み合わせとその分岐アドレスをコンパイルします。たとえば、および、およびこれらに一致するワードは、(無条件分岐) および(スタックから値をポップし、偽の場合は分岐) を設定します。カウントされたループ制御フローワードも同様に機能しますが、カウンタと連動するプリミティブワードの組み合わせを設定します。コンパイル中、データスタックは、制御構造のバランス、ネスト、および分岐アドレスのバックパッチをサポートするために使用されます。スニペット: IFWHILE?EXITIFWHILEBRANCH?BRANCH

 ... DUP 6 < IF DROP 5 ELSE 1 - THEN ...           

定義内では、多くの場合、次のシーケンスにコンパイルされます。

 ... DUP LIT 6 < ?BRANCH 5 DROP LIT 5 BRANCH 3 LIT 1 - ...                  

の後の数字はBRANCH相対ジャンプ アドレスを表します。LITは、「リテラル」な数字をデータ スタックにプッシュするための基本的なワードです。(LIT関係する数字のいずれかが定数として別途定義されている場合、埋め込みデータの代わりに定数へのポインタを使用してコンパイルすると、より高速で短いコードが生成されます。定数の代わりに他のワードを使用した場合など、同様の変更が行われます。)

単語:（コロン）は名前をパラメータとして解析し、辞書エントリ（コロン定義）を作成し、コンパイル状態に入ります。インタープリタは、ユーザー入力デバイスからスペースで区切られた単語を読み取り続けます。単語が見つかった場合、インタープリタは解釈セマンティクスの代わりに、単語に関連付けられたコンパイルセマンティクスを実行します。単語のデフォルトのコンパイルセマンティクスは、その解釈セマンティクスを現在の定義に追加するものです。^[28]

単語;(セミコロン) は現在の定義を終了し、解釈状態に戻ります。これは、コンパイル意味論がデフォルトと異なる単語の例です。ANS ;Forth では、(セミコロン)、ほとんどの制御フロー単語、およびその他のいくつかの単語の解釈意味論は未定義です。つまり、これらは定義内でのみ使用し、対話型コマンドラインでは使用できません。^[28]

インタープリタの状態は、それぞれインタープリタ状態またはコンパイル状態に入るワード[(左括弧) と](右括弧) を使用して手動で変更できます。これらのワードは、ワードと一緒に使用して、LITERALコンパイル中に値を計算し、計算された値を現在のコロン定義に挿入することができます。LITERALには、データ スタックからオブジェクトを取得し、現在のコロン定義にセマンティクスを追加してそのオブジェクトをデータ スタックに配置するコンパイル セマンティクスがあります。

ANS Forth では、インタープリタの現在の状態は、コンパイル状態のときは true の値、そうでないときは false の値を含むフラグから読み取ることができます。これにより、インタープリタの現在の状態に応じて動作が変化する、いわゆる 状態スマート ワードSTATEを実装できます。

ワード は、IMMEDIATE最新のコロン定義を即値ワードとしてマークし、実質的にそのコンパイル意味をその解釈意味に置き換えます。^[36]即値ワードは通常、コンパイル時に実行され、コンパイルされませんが、どちらの状態でもプログラマがこれを上書きできます。;は即値ワードの例です。ANS Forthでは、ワード はPOSTPONE名前をパラメータとして受け取り、そのワードが即値ワードとしてマークされていたとしても、名前付きワードのコンパイル意味を現在の定義に追加します。Forth-83では、非即値 ワードCOMPILEと即値ワードのコンパイルを強制するために、それぞれ別のワード と を定義しました。[COMPILE]

すべての定義で即時フラグ用のスペースを予約する代わりに、Forth の一部の実装では、コンパイル モードで最初にチェックされる即時辞書を使用します。

:NONAMEANS Forth では、名前のないワードは、次のワード;(セミコロン) までをコンパイルし、データ スタックに実行トークンを残すワードで定義できます。実行トークンは、 C プログラミング言語の関数ポインターと同様に、コンパイルされたセマンティクスの不透明なハンドルを提供します。

実行トークンは変数に格納できます。 ワードはEXECUTEデータ スタックから実行トークンを取得し、関連するセマンティクスを実行します。 ワードCOMPILE,(compile-comma) はデータ スタックから実行トークンを取得し、関連するセマンティクスを現在の定義に追加します。

ワード'（ティック）はワード名をパラメータとして受け取り、データスタック上のそのワードに関連付けられた実行トークンを返します。解釈状態では、' RANDOM-WORD EXECUTEはと同等ですRANDOM-WORD。^[37]

:(colon)、、POSTPONE( 'tick) という単語は、データ スタックではなくユーザー入力デバイスから引数を取得する解析単語(の例です。別の例として、(paren) という単語があります。これは、次の右括弧までの単語を読み取って無視し、コロン定義にコメントを配置するために使用されます。同様に、\(backslash) という単語は、現在の行の末尾まで続くコメントに使用されます。正しく解析されるためには、((paren) と\(backslash) は、次のコメント テキストから空白で区切る必要があります。

ほとんどの Forth システムでは、コード定義の本体は、マシン言語、または何らかの形式のスレッド コードで構成されます。非公式の FIG 標準 (Forth Interest Group) に準拠したオリジナルの Forth は、TIL (Threaded Interpretive Language) です。これは間接スレッド コードとも呼ばれますが、最近では直接スレッドやサブルーチン スレッドの Forth も人気があります。SwiftForth、VFX Forth、iForth などの最新の最速の Forth は、Forth をネイティブ マシン コードにコンパイルします。

単語が変数またはその他のデータ オブジェクトである場合、CF はそれを作成した定義単語に関連付けられたランタイム コードを指します。定義単語には、特性「定義動作」(辞書エントリの作成、および場合によってはデータ領域の割り当てと初期化) があり、この定義単語によって構築された単語のクラスのインスタンスの動作も指定します。例:

VARIABLE

初期化されていない 1 セルのメモリ ロケーションに名前を付けます。インスタンスの動作は、VARIABLEスタック上のそのアドレスを返します。

CONSTANT

値に名前を付けます ( の引数として指定されますCONSTANT)。インスタンスの動作により値を返します。

CREATE

場所の名前を指定します。この場所にスペースを割り当てることも、文字列またはその他の初期化された値を格納するように設定することもできます。インスタンスの動作は、このスペースの先頭のアドレスを返します。

Forth には、プログラマがカスタム定義動作とインスタンス動作の両方を指定して、アプリケーション固有の新しい定義ワードを定義できる機能も用意されています。例としては、循環バッファ、I/O ポート上の名前付きビット、自動インデックス付き配列などがあります。

これらのワードや類似のワードで定義されるデータオブジェクトは、スコープがグローバルです。他の言語でローカル変数によって提供される機能は、Forth のデータスタックによって提供されます (ただし、Forth には実際のローカル変数もあります)。Forth プログラミングスタイルでは、他の言語と比較して、名前付きデータオブジェクトが非常に少なく、通常、そのようなデータオブジェクトは、複数のワードまたはタスク (マルチタスク実装) で使用されるデータを格納するために使用されます。^[38]

Forth では、データ型の使用の一貫性は強制されません。適切な演算子を使用して値を取得および保存したり、データに対してその他の操作を実行したりするのは、プログラマの責任です。

 : HELLO ( -- ) CR ."こんにちは、世界！" ;        

こんにちは <cr>
こんにちは世界！

単語CR(Carriage Return) により、後続の出力CR が新しい行に表示されます。解析単語."(dot-quote) は、二重引用符で区切られた文字列を読み取り、現在の定義にコードを追加して、実行時に解析された文字列が表示されるようにします。単語."と文字列を区切るスペース文字はHello, World!、文字列の一部としては含まれません。パーサーが Forth 単語として認識するために必要です."。

標準の Forth システムもインタープリターであり、次のコード フラグメントを Forth コンソールに入力することで同じ出力が得られます。

 CR . (こんにちは、世界！) 

.((ドット括弧) は括弧で区切られた文字列を解析して表示する即時単語です。単語と同様に、区切りと."なるスペース文字は文字列の一部ではありません。 .(Hello, World!

単語は、CR印刷するテキストの前に来ます。慣例により、Forth インタープリタは新しい行から出力を開始しません。また慣例により、インタープリタはプロンプトの後に前の行の末尾で入力を待ちます。Forth の には、他のプログラミング言語で時々あるよう okな暗黙の「バッファのフラッシュ」アクションはありません。CR

EMIT-Q実行時に単一の文字を出力する単語の定義は次のとおりですQ。

 : EMIT-Q 81 ( 文字 'Q' の ASCII 値 ) EMIT ;       

この定義は、文字 (81)のASCII値を直接使用するように書かれていますQ。括弧内のテキストはコメントであり、コンパイラによって無視されます。このワードはEMITデータ スタックから値を取得し、対応する文字を表示します。

次の の再定義では、(左括弧)、(右括弧)、およびEMIT-Qという語を使用して、一時的にインタープリタ状態に切り替え、文字の ASCII 値を計算し、コンパイル状態に戻って、計算された値を現在のコロン定義に追加します。 []CHARLITERALQ

 : EMIT-Q [ CHAR Q ]リテラルEMIT ;            

解析ワードは、CHARスペースで区切られたワードをパラメータとして受け取り、その最初の文字の値をデータ スタックに配置します。 ワードは[CHAR]の即時バージョンですCHAR。 を使用すると[CHAR]、 の例の定義はEMIT-Q次のように書き直すことができます。

 : EMIT-Q [CHAR] Q EMIT ; \ 'Q'という文字を1つ出力します         

この定義では\、説明コメントに (バックスラッシュ) を使用します。

と は両方CHARとも[CHAR]ANS Forth で事前定義されています。IMMEDIATEと を使用するとPOSTPONE、[CHAR]は次のように定義できます。

 : [CHAR] CHAR POSTPONEリテラル;即時         

1987 年、Ron Rivest はRSA Data Security, Inc. 向けに RC4暗号システムを開発しました。その説明は次のとおりです。

256 バイトの配列があり、すべて異なります。配列が使用されるたびに、2 バイトが交換されて配列が変更されます。スワップはカウンタiとjによって制御され、それぞれ最初は 0 です。新しいi を取得するには、1 を加算します。新しいjを取得するには、新しいiに配列バイトを追加します。iとjで配列バイトを交換します。コードは、iとjの配列バイトの合計にある配列バイトです。これは、暗号化するプレーンテキストまたは復号化する暗号文のバイトと XOR されます。配列は、最初に 0 から 255 に設定して初期化されます。次に、iとj を使用して配列をステップ実行し、 iの配列バイトとキー バイトを追加して新しいjを取得し、iとjの配列バイトを交換します。最後に、iとj は0 に設定されます。すべての加算は 256 を法として行われます。

次の標準 Forth バージョンでは、コア ワードとコア拡張ワードのみを使用します。

0値ii 0値jj 0値KeyAddr 0値KeyLen create SArray 256 allot \state 256 バイトの配列: KeyArray KeyLen mod KeyAddr ;            
       
        
            

: get_byte + c@ ; : set_byte + c! ; : as_byte 255かつ; : reset_ij 0 TO ii 0 TO jj ; : i_update 1 + as_byte TO ii ; : j_update ii SArray get_byte + as_byte TO jj ; : swap_s_ij jj SArray get_byte ii SArray get_byte jj SArray set_byte ii SArray set_byte ;         
         
          
               
              
                
 
      
             
      


: rc4_init ( KeyAddr KeyLen -- ) 256 min TO KeyLen TO KeyAddr 256 0 DO i i SArray set_byte LOOP reset_ij BEGIN ii KeyArray get_byte jj + j_update swap_s_ij ii 255 < WHILE ii i_update REPEAT reset_ij ; : rc4_byte ii i_update jj j_update swap_s_ij ii SArray get_byte jj SArray get_byte + as_byte SArray get_byte xor ;  
           
               
    
    
                
        
           
         
    
    

 
         
    
                   

これはコードをテストする方法の 1 つです。

hex 
create AKey 61 c, 8 A c, 63 c, D2 c, FB c, : test cr 0 DO rc4_byte . LOOP cr ; AKey 5 rc4_init 2 C F9 4 C EE DC 5 test \ 出力は次のようになります: F1 38 29 C9 DE             
               
  
          

Forth は実装が簡単で、標準のリファレンス実装がないため、この言語には多数のバージョンがあります。デスクトップ コンピュータ システムの標準的な種類 ( POSIX、Microsoft Windows、macOS ) をサポートすることに加えて、これらの Forth システムの多くは、さまざまな組み込みシステムもターゲットにしています。ここでは、1994 ANS Forth 標準に準拠するシステムの一部を示します。

• ASYST、データ収集と分析のためのForthのようなシステム^[39]
• Gforth 、 GNU プロジェクトの移植可能な ANS Forth 実装
• noForth、フラッシュ マイクロコントローラ (MSP430 および Risc-V) 用の ANS Forth 実装 (可能な限り)
• Open Firmware は、ANS Forth に基づくブートローダとファームウェアの標準です。
• pForth、C言語で書かれたポータブルForth
• SP-Forth、ロシアForth Interest Group (RuFIG) による ANS Forth 実装
• Swift Forth は、Forth, Inc. によるマシン コード生成実装です。
• VFX Forth、ネイティブコードの最適化Forth
• Firth は、Little Man Stack Machine コンピュータ用に Forth を改良したものです。

• RTX2010、Forthをネイティブに実行するCPU

• Forth 2012 標準公式サイト
• 問題指向言語プログラミング チャールズ H. ムーア著 未出版本 (1970)
• ヨーロッパフォース年次会議 1985年～現在
• コンピュータ研究所での第 4 回研究

ウィキメディア・コモンズには、 Forth (プログラミング言語)に関連するメディアがあります。

WikibooksにはForthに関する本があります。