Tiny-C 参考手册摘录

# tiny-c 参考手册摘录 来源：https://permacomputer.solarpunk.au/?p=204 *该项目发现这份小手册很有教学意义。可以说这是一种受 BASIC 启发的 C 语言变体！* https://archive.org/details/tiny-c_manual ## 前言 tiny-c 的灵感来源众多。首先是 BASIC [Kemeny & Kurtz 1967]。BASIC 已成为美国事实上的标准教学语言。它在高中、大学乃至一些生产工作中都很流行。尽管 BASIC 有缺陷，但它最大的优势之一就是易于学习。这主要是因为它提供了一个单一的计算环境。你可以输入新的程序行、修改旧的行、启动程序运行，所有这些都在一个命令环境中完成。你不需要记住当前所处的环境（例如编辑模式、编译模式、链接模式、系统模式、运行模式等）再下达命令。没有命令需要你在不同模式间切换。没有可重定位目标模块、链接编辑器以及“真正”计算机的那些琐碎之物。它非常简单，也非常够用。因此，重点放在了计算的核心要素上，而不是与计算机“搏斗”的要素上。 LOGO 语言 [Feurzeig 1975] 在许多方面与 tiny-c 相似。它提供了一种基于 BASIC 的结构化良好的语言，以及一个用于编程和执行的单一环境。LOGO 曾在公立学校对非常年幼的儿童进行实验性教学。实验表明，儿童能够理解简单的计算机概念，完成一套准备好的练习，然后进行自己的创造性工作。 C [Ritchie, Kernighan, & Lesk 1975] 是由贝尔电话实验室的 Dennis Ritchie 设计的一种计算机语言。tiny-c 借鉴了它的整体结构。C 在大学和工业界广泛使用。它被用于编写一个非常先进且强大的计算机操作系统，称为 UNIX [Ritchie & Thompson 1974]。然而，它是一种非常简单的语言。C 没有原生的输入/输出，例如 read 或 print 语句。输入/输出是通过函数完成的。因此 C 专注于计算设施，并允许外部开发或扩展输入/输出。tiny-c 采用了这个想法。 tiny-c 的命令环境是用 tiny-c 编写的。它不需要翻译成微处理器的机器语言。这有点类似于使用 C 作为编程语言来实现 UNIX 的想法。因此，尽管 tiny-c 旨在作为结构化编程的教学语言，但它是一种功能强大的语言。 tiny-c 用户手册试图同时面向四类读者。对于刚接触结构化编程的人，我们提供了一个简短的教程和程序讲解，以便他们掌握要点而不陷入细节。经验丰富的结构化编程用户会发现参考部分能让他们快速了解 tiny-c 的特性。对于那些想了解 tiny-c 解释器工作原理的人，我们描述了它的操作。最后，对于那些想在家用计算机上安装 tiny-c 的人，我们包含了一份完整的安装指南。 ## 引言 什么是 tiny-c？tiny-c 是 - 一种语言，加上 - 一个标准库，加上 - 一个程序准备系统。 无需任何其他软件辅助，你就可以准备 tiny-c 程序、运行它们、编辑它们、将它们存储在磁带或软盘上，并在以后读取回来。 tiny-c 是一种结构化编程语言，具有 if-then-else、while 循环、函数、全局和局部变量、字符和整数数据类型、指针以及数组。 tiny-c 独立于操作系统。你可以轻松地将其连接到计算机的输入/输出例程。tiny-c 可以调用你自己的机器语言子程序，因此 tiny-c 编程语言可以适应你的系统，并且你的系统可以反映并扩展该语言。 ## 一个 tiny-c 程序讲解 图 1-1 是一个完整的 tiny-c 程序，由两个函数组成。 ### 图 1-1 ``` /* 猜一个介于 1 到 100 之间的数字 */ /* T. A. Gibson, 11/29/76 */ guessnum [ int guess, number number = random (1,100) pl "guess a number between 1 and 100" pl "type in your guess now" while (guess != number) [ guess = gn if (guess == number) pl "right !!" if (guess > number) pl "too high" if (guess < number) pl "too low" pl"" ; pl"" ] /* 游戏循环结束 */ ] /* 程序结束 */ /* random - 生成一个随机数 */ int seed, last /* random 使用的全局变量 */ random int little, big [ int range if (seed == 0) seed = last = 99 range = big - little + 1 last = last * seed if (last < 0) last = -last return little + (last/8) % range ] ``` ### 图 1-1 结束 这个程序是如何工作的？让我们进行一个程序讲解： 从顶部开始，前两行是注释。注释以 `/*` 开头，到行尾结束。 “`guessnum`”是一个函数的名称，程序启动时会调用它。`guessnum` 后面是一个复合语句，长度为 12 行，最后一行是： ``` ] /* 程序结束 */ ``` 复合语句是左右平衡括号之间的所有内容。 `guessnum` 中的第一个简单语句是： ``` int guess, number ``` 这声明了两个整数变量，名为 `guess` 和 `number`。tiny-c 中的所有变量都必须声明。当执行时，`int` 语句将创建这些变量，并赋予它们初始值零。 `guessnum` 中的第二个简单语句是： ``` number = random (1,100) ``` 这将 `number` 设置为执行 tiny-c 程序函数 `random` 的值，该函数的第一个参数等于 1，第二个参数等于 100。在我们的程序中，函数 random 返回一个介于 1 和 100 之间的随机数。 下一行中，`pl` 是一个 tiny-c 库函数，用于打印一行。它打印作为其参数的带引号字符串。 `while` 设置一个循环。`while` 的一般形式是： ``` while (expression) statement ``` 在这个实例中，表达式部分是： ``` guess != number ``` 其中 `!=` 表示不等于。该表达式被求值，如果为真，则执行语句，然后再次求值表达式。如果为假，则跳过语句。 最初，`guess` 为 0，而 `number` 不能小于 1，因此表达式最初为真。因此执行语句。 该语句是复合的，由六个简单语句组成。第一个语句是： ``` guess = gn ``` `gn` 代表“get number”，是另一个标准库函数。它读取用户在终端上输入的一个数字，并返回该值。因此，程序在此等待，直到用户输入一个数字并按下回车键，然后 `guess` 被赋予输入的数字。 接下来的三个简单语句是 `if` 语句。此处使用的 `if` 语句的一般形式是： ``` if (expression) statement ``` 其中，如果表达式为真，则执行语句。 `while` 复合语句中的第五和第六个语句是 `pl""`。`pl""` 换行，但不打印任何内容。分号允许你在同一程序行上编写多个简单语句。因此： ``` pl"" ; pl"" ``` 打印两个空行。 现在，我们到达了 `while` 循环的末尾。由于 `while` 的表达式部分为真，`while` 语句再次执行。这始于另一次表达式求值，以查看其为真或假。 如果第一次猜测不等于 `number`，则再次执行复合语句。读取另一个猜测，给出相应的提示，并再打印两个空行；`while` 再次执行。 最终，用户猜对了数字，`guess` 等于 `number`。这将打印“right !!”和两个空行。然后再次测试 while 条件。表达式 `guess != number` 被求值并发现为假，因此整个 `while` 的复合语句被跳过，这使我们到达 `guessnum` 的末尾。游戏结束。程序停止，因为到达了 `guessnum` 的结尾（最后一个 `]`）。 在我们讲解 `random` 之前，请注意整数 `seed` 和 `last` 是在 `guessnum` 和 `random` 之外声明的。它们被称为全局变量。它们将在程序启动时被创建一次。初始值为零，并且 `guessnum` 和 `random` 都可以知道并使用它们。 另一方面，`guess`、`number` 和 `range` 是局部变量。`guess` 和 `number` 仅在 `guessnum` 内知道并使用，而 `range` 是 `random` 的局部变量。 `random` 的第一行给出了函数名。并且在 `[` 之前，它声明了两个整数参数，`little` 和 `big`。当函数被调用时，必须为每个参数提供一个值。`guessnum` 第六行中的调用将 `little` 设置为 1，将 `big` 设置为 100。 现在，我们进入函数 `random` 的函数体。`range` 被声明为整数，初始值为零。 第一次调用时，`seed` 为零。现在 `seed` 和 `last` 都被设置为 99。`range` 被计算为 100。`last` 被设置为 `last` 和 `seed` 的乘积，即 9801。这不小于 0，因此不执行 `if` 的语句部分。 接下来，我们遇到 `return` 语句。它做两件事。首先，它计算表达式。结果成为函数的值。其次，它将控制权返回给调用该函数的程序。 tiny-c 表达式类似于代数表达式。符号 `+` 表示加，`/` 表示除，`-` 表示减（或取负）。表示乘法时使用 `*`。一个不寻常的符号是 `%`，它表示用左边除以右边并取余数（不是商）。例如： ``` 1225 % 100 ``` 是 25。 因此，return 语句计算表达式： ``` little + (last/8) % range = 1 + (9801/8) remainder 100 = 1 + 1225 remainder 100 = 1 + 25 = 26 ``` 值 26 作为函数 `random` 的值返回。它还在 `last` 中保留了 9801，在 `seed` 中保留了 99。由于这些是全局变量，它们的值在函数调用之间保留。这对于像 `range` 这样的局部变量不成立。它们的值仅在其定义的函数执行期间保留。当离开该函数时，它们的值会丢失。 第二次调用 `random` 时，`range` 被重新创建，并重新初始化为零。`seed` 不为零，因此 `seed` 和 `last` 不会设置为 99，而是分别保持为 99 和 9801。`range` 被重新计算为 100。然后： ``` last = last * seed = 9801 * 99 = 970299 ``` 这个数对于 tiny-c 来说太大了。任何计算机对可计算的数字大小都有限制。tiny-c 数字必须在范围： ``` -32768 <= number <= 32767 ``` `last` 溢出此范围。它将被赋值为 -12741！（我们在第 2.11 节更完整地解释这一点。）这小于 0，因此下一个语句将 `last` 赋值为 12741。然后 return 语句计算： ``` 1 + (12741/8) remainder 100 = 1 + 1592 remainder 100 = 93 ``` 这作为 `random` 的第二个值返回。 ### 讲解回顾 讲解的目的是让你感受 tiny-c 编程。我们已经看到： - 一个 tiny-c 程序是一组函数。 - 有些函数是标准库函数，如 `gn` 和 `pl`。 - 全局变量持续存在并保持其值。局部变量来去匆匆。 - 函数和变量名可以任意长。 - 一组用括号括起来的语句构成一个复合语句，可以像简单语句一样处理。 ## 结构化编程——tiny-c 的核心 也许你听说过结构化编程被描述为“无 goto”编程。或者只是使用 `if-then-else` 和 `do-while` 控制语句的编程。这种说法过于简化了结构化编程的本质。结构化编程的精髓在于程序清晰度。你可以将程序编写成小的模块化部分，具有易于遵循的程序流程。你可以使用精心选择的、描述性的变量名。这带来了清晰、可理解的程序。程序清晰度就是结构化编程的全部意义所在。 我们这里讨论使程序清晰度成为可能的四个主要思想。它们是：模块化、可预测的程序流程、局部变量以及有意义变量名的简单想法。 软件中的模块化与硬件中的模块化同样重要。它使人类有可能处理复杂性。一个模块是用于构建更大模块的砖块或原子。从内部看，一个模块可能非常复杂，但从外部看，它是一个不可分割的整体。软件模块化是通过使用函数实现的。 如果你能指向任何语句并轻松回答“在什么条件下执行此语句？”，那么程序流程是可预测的。当程序有 20 或 30 页长并且仍然有错误时，这一点尤其重要。扫描整个程序并画箭头是不可行的。这不被视为回答该问题的简单方法。可预测的程序流程可以通过多种方式实现。在 tiny-c 中，它是通过复合语句完成的。 ### 复合语句 函数还使得隐藏仅在局部上下文中使用的变量成为可能。变量 n 非常流行；它经常用于计数。你是否曾经因为在一个程序的两个不同地方用 n 做两件事而导致程序崩溃？解决方法是将其中一个改为 n1。更好的想法是局部和全局变量的概念。 至于为变量和函数起长而有意义的名字——只需看看示例程序就能看到改进。David Gries 建议将结构化编程称为“简单性理论”，并将其描述为“理解整个编程过程的一种方法”[Gries 1974]。作为令人愉快的额外收获，结构化编程比单一编程更愉快。因此，它当然应该成为个人计算的一部分。 为了开始将 tiny-c 视为一种结构化编程语言，让我们看看函数和可预测程序流程的基础——复合语句。当你编写一个程序时，你编写一个语句列表： ``` x = x-1 a = b+c b = b*2-c x = b-a ``` 复合语句背后的想法是从一组语句（一些原子）中创建一个语句（一个分子）。在 tiny-c 中，这通过以下方式完成： ``` [x = x-1 a = b+c b = b*2-c x = b-a] ``` 在任何可以编写简单语句的地方，你也可以编写复合语句。这听起来简单，但效果却很强大。例如，大多数编程语言都有一个类似于这样的 if 语句： ``` if (logical expression) statement ``` 因此，你可以编写： ``` if (x>0) x = x-1 ``` 但是，如果将语句部分变成复合，你就有了这种能力： ``` if (x>0) [ b = b*2-c a = b+c x = x-1 ] ``` 这个多行 `if` 并不是某种特殊的 `if`。它仍然是： ``` if (logical expression) statement ``` 但是语句部分是复合的。复合语句被视为一个不可分割的单元。它要么全部执行，要么全部不执行，取决于逻辑表达式的值。 复合语句也是循环的自然选择。各种编程语言在如何编写循环方面有很大差异，但它们都有一个共同点。一个循环有开始和结束。复合语句可以用来表达这一点。 循环语句是： ``` while (logical expression) statement ``` 注意与 `if` 的相似性。只有关键字改变了。以下是 `while` 的工作原理。