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第七课 CODE 字和 DOS I/O7.1 CODE 字当我们需要最大的执行速度或者需要直接访问计算机硬件时，可以用汇编语言来定义 Forth 字。这需要使用 Forth 字 CODE 来完成。 CODE 的一般格式是： CODE <name> <assembly commands> <return command> END-CODE 字 CODE 代替冒号定义的冒号，并建立一个 Forth 字的头，END-CODE 代替分号结束 CODE 字的定义。 <assembly commands> 可以用 POSTFIX （后缀）也可以用 PREFIX 前缀格式来编写。我们建议使用 PREFIX 前缀格式，这样汇编语言就和标准的 8086/8088 汇编语言相似了，于是在 CODE 编译之前，需要给出字 PREFIX 。 <return command> 可以是下面这些指令中的任何一个： NEXT JMP >NEXT ( jumps to the inner interpreter >NEXT ) 1PUSH PUSH AX JMP >NEXT ( pushes ax on the stack and jumps to >NEXT ) 2PUSH PUSH DX PUSH AX ( pushes dx and ax on the stack JMP >NEXT and then jumps to >NEXT ) 调试 CODE 字时可以使用 8088 Tutor monitor, 它包含在本教程中。 Tutor monitor 使用 8086 汇编语言，学习 8088/8086 汇编语言的书可以参看 "IBM PC - 8088 Assembly Language Programming" by Richard E. Haskell. 作为一个使用 Tutor monitor 反汇编和单步执行 CODE 字的例子，可以用 F-PC 3.5 提供的字 CMOVE ，它从地址 <source> 移动 <count> 字节到地址 <dest>，并假设状态寄存器的方向标志是 0 （通过执行 CLD 指令） 所以字符串原语 MOVSB 将自动增量 SI 和 DI. CODE CMOVE ( source dest count -- ) MOV BX, SI \ save SI (IP) MOV AX, DS \ copy DS for setting ES POP CX \ cx = count POP DI \ di = destination address POP SI \ si = source address MOV DX, ES \ save es in dx MOV ES, AX \ point es to code segment REPNZ \ repeat until count is zero MOVSB \ copy DS:SI to ES:DI MOV SI, BX \ restore si MOV ES, DX \ restore es NEXT \ done, jmp to >NEXT END-CODE 当你装入这个代码后， 16 进制值 11 22 33 44 55 在偏移地址在source.addr的代码段，代码段的实际值由 Forth 字 ?CS: 给出，使用字 show.addrs 可以打印到屏幕上。 在偏移量dest.addr" 地址处保留 5 个字节的空间，当你打入字 show.addrs 后，偏移地址 source.addr, dest.addr, 栈顶元素， CMOCE 的 CFA 也被印到屏幕上。 HEX CREATE source.addr 11 C, 22 C, 33 C, 44 C, 55 C, CREATE dest.addr 5 ALLOT 5 CONSTANT #bytes : test ( -- ) source.addr dest.addr #bytes CMOVE ; : show.addrs ( -- ) HEX CR ." code segment = " ?cs: u. CR ." source addr = " source.addr u. CR ." dest addr = " dest.addr u. CR ." top of stack = " SP0 @ U. CR ." address of CMOVE = " [ ' CMOVE ] LITERAL U. CR DECIMAL ; 字 [, ] 和 LITERAL 将在第九课讨论。 假设被 "show.addrs" 打印的值如下 code segment = 1091 source addr = 74E0 dest addr = 74E8 top of stack = FFE2 address of CMOVE = 477 你的值可能不同，如果不同，则在下面的练习中你应该使用对应的实际值。 Type debug test. Type HEX Type test. 单步通过前三个字，它们将打印下面的堆栈值： 74E0 74E8 5 Press F to go to Forth. Type SYS TUTOR – 将执行 TUTOR 程序 通过 TUTOR 存储器显示 Type >S1091 to display the code segment. Type /GS1091 to display the data segment = code segment. Type /GOFEDC to display the stack starting at the top of the stack (FEE2) minus 6 in the data segment region. The value 5 (05 00) should be on top of the stack, followed by the "source addr" 74E0 (E0 74) and the "dest addr" 74E8 (E8 74). Type /GO74E0 to display the "source addr" in the data segment. Note that 11 22 33 44 55 is displayed. Type >O477 to go to the start of the CMOVE code. 再次按 F1 单步执行前两个指令。注意 SI 的值被移到 BX 而 DS 的值被移到 AX 。下一个指令是 POP CX ，它假设从栈顶弹出了 #bytes (5) 值到 CX 。然而， Tutor 的堆栈指针和堆栈段寄存器并没有指向这些值，我们实际看它们在 1091:FEDC. 你可以改变 SS 和 SP 的值，通过打入 /RSS1091 使堆栈段和代码段相同，打入 /RPSFEDC 使堆栈指针等于栈顶 (FFE2) 减 6 。 接着按 F1 执行 POP CX，不过，你又会遇到一个问题，这就是就如何回到 F-PC 。当你退出 Tutor 时你也许退到了 DOS ，或者也可能计算机挂起了。一个变通的办法是用手工方法装入适当的值 5 到 CX 。输入 /RGC5 ，然后按右光标键跳过指令 POP CX 。 使用同样方法跳过指令 POP DI，通过手工输入 /RID74E8 装入dest addr 。 使用同样方法跳过指令 POP SI，通过手工输入 /RIS74E0 装入source addr。 你可以按两次 F1 执行下面两个指令。 你现在位于 REP 指令，按 F1 。注意到值 11 从数据段地址 74E0 复制到扩展段(它实际上与数据段一致)地址 74E8 ，并且 SI 和 DI 都增加了1. 这是指令 MOVSB 的工作 – 它也只做这些。同时 CX 从 5 减量到 4 。 再按 F1 。注意 22 从 SI 所指示的数据段位置（ (74E1) 移动到 DI 所指示的扩展段位置 (74E9) ， CX 的值 减量到 3 按 F1 三次则值 33 44 和 55 被移动，注意当 CX 为 0 时， REP 循环终止，下一条指令准备执行。 按 F1 两次，执行下面两条指令。下面的指令是一个 JMP 指令，它跳转到 >NEXT. 要退出 TUTOR, 批入 /QD. 这会返回到你在 Forth 中你打入 sys tutor 命令的地方。打入 <Enter> 返回到调试模式，打一个空格键你就可以回到 Forth 。 Forth 字 CMOVE> ( source dest count -- ) 与 CMOVE 类似，差异是字节按相反的方向移动。也就是说，最高地址的字节先移动。在向上移动字符串时这个功能很有用，因为字符串可能重叠，如果这时使用CMOVE则可能导致源串还没有移动之前就已经被破坏了。 7.2 CODE 条件当我们使用 Forth 汇编的跳转指令时， Forth 字 IF ... ELSE ... THEN 、 BEGIN ... WHILE ... REPEAT 和 BEGIN ... UNTIL 可以有下列的代码条件 0= JNE/JNZ 0<> JE/JZ 0< JNS 0>= JS < JNL/JGE >= JL/JNGE <= JNLE/JG > JLE/JNG U< JNB/JAE/JNC U>= JB/JNAE/JC U<= JNBE/JA U> JBE/JNA OV JNO CX<>0 JCX0 作为一个例子，考虑 Forth 字 ?DUP 的定义，它只在堆栈上的值为非 0 时才复制栈顶： CODE ?DUP ( n -- n n | 0 ) MOV DI, SP MOV CX, 0 [DI] CX<>0 IF
THEN NEXT END-CODE 注意当这个定义汇编后，语句 CX<>0 被汇编成 JCX0 放在 THEN. 7.3 长存储器地址字下面这些长存储器地址字对于访问不在代码段的数据非常有用： CODE @L ( seg off -- n ) \ Fetch 16-bit value from seg:off POP BX \ BX = offset address POP DS \ DS = segment address MOV AX, 0 [BX] \ AX = data at DS:BX MOV BX, CS \ Restore DS to CS value MOV DS, BX 1PUSH \ push value on stack END-CODE CODE !L ( n seg off -- ) \ Store 16-bit value at seg:off POP BX \ BX = offset address POP DS \ DS = segment address POP AX \ AX = n MOV 0 [BX],AX \ Store n at DS:BX MOV BX, CS \ Restore DS to CS value MOV DS, BX NEXT END-CODE 下面是一些有用的长存储器字： C@L ( seg off -- byte ) \ Fetch 8-bit byte from seg:off C!L ( byte seg off -- ) \ Store 8-bit byte at seg:off CMOVEL ( sseg soff dseg doff count ) \ move a block of count bytes from sseg:soff to dseg:doff CMOVEL> ( sseg soff dseg doff count ) \ move a block of count bytes from sseg:soff to dseg:doff \ moves last byte first to avoid overwriting moved data 7.4 DOS 字F-PC 拥有大量的 Forth 字用于处理 DOS 文件 I/O ，这些字都在源文件 HANDLES.SEQ 和 SEQREAD.SEQ 中定义。本节和下面一节将开发一系列的文件 I/O 字，它们可以让你使用并扩展处理各种文件 I/O 、进行其它 DOS 操作。这些字可以替代或者与 F-PC DOS 和文件 I/O 字联合使用。 VARIABLE ITEMS \ used to record stack depth VARIABLE handl \ file handle VARIABLE eof \ TRUE if end-of-file was read CREATE fname 80 ALLOT \ 80 byte buffer containing ASCII filename : {{ ( -- ) DEPTH ITEMS ! ; : }} ( -- c ) DEPTH ITEMS @ - ; {{ . . . }} 使用追踪放置到堆栈上的元素的数目，例如： {{ 5 2 8 }} 将把下列值留在堆栈上 5 2 8 3 堆栈上的3是在 {{ 和 }} 之间的元素的数目。 : $>asciiz ( addr1 -- addr2 ) \ change counted string to ASCIIZ string DUP C@ SWAP 1+ TUCK + 0 SWAP C! ; DOS 2.0+ 磁盘 I/O 功能 2fdos 调用 DOS INT 21H 功能，并使用堆栈上的 ax =ah:al, bx, cx 和 dx 。它在堆栈上返回 ax, dx 和一个错误标志。如果错误标志为真，则错误代码在 ax 中（堆栈上的第三个元素）。如果错误标志为假，则 ax 和 dx 的值依赖于所调用的功能。 fdos 与 2fdos 相似，但是不返回错误标志，它被用于不使用进位标志来指示错误的功能调用。 PREFIX HEX CODE 2fdos ( ax bx cx dx -- ax dx f ) POP DX POP CX POP BX POP AX INT 21 \ DOS function call U>= IF \ if carry = 0
ELSE \ else
THEN PUSH AX PUSH DX PUSH BX NEXT END-CODE CODE fdos ( ax bx cx dx -- ax dx ) POP DX POP CX POP BX POP AX INT 21 \ DOS function call PUSH AX PUSH DX NEXT END-CODE DECIMAL 7.5 基本的文件 I/O下面这些字可以用于基本的文件 I/O 操作，比如打开、创建、关闭和删除文件，以及从磁盘文件中读写字节。 open.file ( addr -- handle ff | error.code tf ) 打开一个文件。在栈顶的假标志下返回一个句柄，在真标志下返回一个错误代码。 addr 指向一个 asciiz 串，访问码设为 2 用于读写方式读写。 HEX : open.file ( addr -- handle ff | error.code tf ) 3D02 \ ah = 3D; al = access.code=2 0 ROT 0 SWAP \ 3D02 0 0 addr 2fdos \ DOS function call NIP ; \ nip dx close.file 关闭一个文件，文件句柄在栈顶，如果不能关闭则打印错误信息。 : close.file ( handle -- ) 3E00 \ ah = 3E SWAP 0 0 \ bx = handle 2fdos NIP \ nip dx IF
THEN DROP ; create.file 创建文件 – 返回值与 open.file 一样 addr 指向一个 asciiz 串 attr 是文件属性 0 - normal file 01H - read only 02H - hidden 04H - system 08H - volume label 10H - subdirectory 20H – archive : create.file ( addr attr -- handle ff | error.code tf ) 3C00 \ ah = 3C 0 2SWAP SWAP \ 3C00 0 attr addr 2fdos NIP ; \ nip dx open/create 在文件存在就打开它，不存在时则创建一个新的一般文件 addr 指向一个 asciiz 串，返回一个打开文件的句柄，如果不能打开则打印一个错误信息。 : open/create ( addr -- handle ) DUP open.file IF
ELSE
THEN ; : delete.file ( addr -- ax ff | error.code tf ) 4100 0 ROT 0 SWAP 2fdos NIP ; : erase.file ( $addr -- ) $>asciiz delete.file IF
ELSE
THEN ; read.file 从文件 handle 中读出 #bytes 个字节到 buff.addr 缓冲区，返回读入的字节数 #bytes ，如果返回 0 ，则读到了文件尾，如果不成功则打印错误信息。 : read.file ( handle #bytes buff.addr -- #bytes ) >R 3F00 \ handle #bytes 3F00 -ROT R> \ 3F00 handle #bytes addr 2fdos NIP \ nip dx IF
THEN ; write.file 将 buff.addr' 绘缓冲区的 '#bytes' 个字节写入文件 'handle'. 如果不成功则打印一个错误信息。 : write.file ( handle #bytes buff.addr -- ) >R 4000 \ handle #bytes 4000 -ROT R> \ 4000 handle #bytes addr 2fdos NIP \ nip dx IF
ELSE
THEN ; mov.ptr 移动文件 handle 的文件读写指针，doffset 是一个双精度 32 位偏移量，code 是方式代码，其意义如下： 0 – 移动文件指针到文件开始 + offset 处 1 – 用 offset 增量指针 2 - 移动文件指针到文件尾 + offset 处 : mov.ptr ( handle doffset code -- dptr ) 42 FLIP + \ hndl offL offH 42cd ROT >R \ hndl offH 42cd -ROT R> \ 42cd hndl offH offL 2fdos IF
THEN ; rewind.file 移动文件 handle 的读写指针到文件开始处 : rewind.file ( handle -- ) 0 0 0 mov.ptr 2DROP ; get.length 返回文件 handle 的 32 位字节长度 : get.length ( handle -- dlength ) 0 0 2 mov.ptr ; read.file.L 从已经打开的文件 handle 中读出 #bytes 字节到扩展存储器 seg:offset 处 CODE read.file.L ( handle #bytes seg offset -- ax f ) POP DX POP DS POP CX POP BX MOV AH, # 3F INT 21 U>= IF
ELSE
THEN MOV CX, CS \ restore DS MOV DS, CX PUSH AX PUSH BX NEXT END-CODE write.file.L 写 #bytes 个字节到一个打开的文件 handle 中，要写入的数据在扩展存储器 seg:offset 处。 CODE write.file.L ( handle #bytes seg offset -- ax f ) POP DX POP DS POP CX POP BX MOV AH, # 40 INT 21 U>= IF
ELSE
THEN MOV CX, CS \ restore DS MOV DS, CX PUSH AX PUSH BX NEXT END-CODE findfirst.dir 查找文件目录的第一个匹配，文件指示符位于 addr 的 asciiz 串。 CODE findfirst.dir ( addr -- f ) \ search directory for first match POP DX \ dx = addr of asciiz string PUSH DS \ save ds MOV AX, CS MOV DS, AX \ ds = cs MOV CX, # 10 \ attr includes subdirectories MOV AX, # 4E00 \ ah = 4E INT 21 \ DOS function call JC 1 $ \ if no error MOV AX, # FF \ flag = TRUE JMP 2 $ \ else 1 $: MOV AX, # 0 \ flag = FALSE 2 $: POP DS \ restore ds PUSH AX \ push flag on stack NEXT END-CODE findnext.dir 查找文件目录的下一个匹配，文件描述在 addr 处 CODE findnext.dir ( -- f ) \ search directory for next match PUSH DS \ save ds MOV AX, CS MOV DS, AX \ ds = cs MOV AX, # 4F00 \ ah = 4F INT 21 \ DOS function call JC 1 $ \ if no error MOV AX, # FF \ flag = TRUE JMP 2 $ \ else 1 $: MOV AX, # 0 \ flag = FALSE 2 $: POP DS \ restore ds PUSH AX \ push flag on stack NEXT END-CODE set-dta.dir 设置磁盘传输区 DTA 地址 CODE set-dta.dir ( addr -- ) \ set disk transfer area address POP DX \ dx = dta address PUSH DS \ save ds MOV AX, CS MOV DS, AX \ ds = cs MOV AX, # 1A00 \ ah = 1A INT 21 \ DOS function call POP DS \ restore ds NEXT END-CODE DECIMAL 7.6 读入数和字符串下面的字可以用于从磁盘文件中读入字节、数和串。 get.fn 从键盘输入一个文件名并作为一个 asciiz 串存放 fname 中。 : get.fn ( -- ) QUERY BL WORD \ addr DUP C@ 1+ \ addr cnt+1 2DUP + \ addr len addr.end 0 SWAP C! \ make asciiz string SWAP 1+ SWAP \ addr+1 len fname SWAP \ from to len CMOVE ; open.filename 输入一个文件名，打开这个文件，将文件句柄存入变量 handl 中。 : open.filename ( -- ) get.fn fname open/create handl ! ; eof? 如果读到了一个文件结束符(eof = true)，则退出包含 eof? 的这个字。 : eof? ( -- ) eof @ IF
THEN ; get.next.byte 从磁盘文件中得下一个字节，文件句柄在 handl 中，如果是 eof 则设置变量 eof 为真。 : get.next.byte ( -- byte ) handl @ 1 PAD read.file IF
ELSE
THEN ; get.next.val 从文件中读出下一个字的值(2 字节)，文件句柄在 handl 中，如果到达文件尾则设置变量 eof 为真，如果文件中存储的不是 ASCII 码而是实际的数则这个字就非常有用。 : get.next.val ( -- n ) handl @ 2 PAD read.file IF
ELSE
THEN ; get.next.dval 从磁盘文件中读入 32 位的值(4 字节)，文件句柄在 handl 中。如果文件结束则则设置 eof 变量为真，如果文件中存储的不是 ASCII 码而是实际的数则这个字就非常有用。 : get.next.dval ( -- d ) handl @ 4 PAD read.file IF
ELSE
THEN ; parenchk 如果栈上是一个 '(' 则读文件直到字符 ')' 被读入。如果 eof 则退出。 : parenchk ( byte -- byte ) DUP ASCII ( = IF
THEN ; quotechk 如果堆栈上的字节是引号 (") ，读入文件直到字节 " 被读入。如果读到 eof 则退出。 : quotechk ( byte -- byte ) DUP ASCII " = IF
THEN ; ?digit 检查堆栈上的字节是不是一个对应当前数基的 ASCII 码。 : ?digit ( byte -- byte f ) DUP BASE @ DIGIT NIP ; get.next.digit 从磁盘文件中得到一个合法的 ASCII 数字，如果读到 eof 则退出。 : get.next.digit ( -- digit ) BEGIN
WHILE
REPEAT ; get.digit/minus 从磁盘文件中得到一个合法的 ASCII 数字或者一个减号，如果读到 eof 则退出。 : get.digit/minus ( -- digit or - ) BEGIN
WHILE
REPEAT ; get.next.number 从磁盘文件中读入一个以 ASCII 串存储的有符号数，并把它转换成一个有符号的 16 位整数，如果读到 eof 则退出。 : get.next.number ( -- n ) {{ get.digit/minus eof? \ uses {{ }} to store BEGIN \ consecutive digits
UNTIL DROP }} DUP PAD C! DUP PAD + BL OVER 1+ C! SWAP 0 DO \ move digits on stack SWAP OVER C! 1- \ to counted string as PAD LOOP NUMBER DROP ; \ convert to number ?period 测试一个字节是不是一个小数点。注意标志作为为次栈顶元素。 : ?period ( byte -- f byte ) DUP ASCII . = SWAP ; get.next.dnumber 从磁盘文件中读入一个以 ASCII 串存储的有符号实数，并把它转换成一个有符号双精度数放到堆栈上，小数点之后的数字数目放到变量 DPL 中，如果读到 eof 则退出。 : get.next.dnumber ( -- dn ) {{ get.digit/minus eof? BEGIN
UNTIL DROP }} DUP PAD C! DUP PAD + BL OVER 1+ C! SWAP 0 DO
LOOP NUMBER ; \ convert to double number get.next.string 从磁盘文件中读入包含在引号中的字符串，并把它存储成位于 addr 地址处的一个计数串。 : get.next.string ( -- addr ) \ counted string BEGIN
UNTIL 0 PAD 1+ BEGIN \ cnt addr
WHILE
REPEAT 2DROP PAD C! PAD ; 7.7 数字和串send.byte 输入一个字节到打开的文件中，文件的句柄在 handl 中。 : send.byte ( byte -- ) PAD C! handl @ 1 PAD write.file ; send.number 把一个有符号的 16 位数字作为一个 ASCII 串写入打开的文件中，文件的句柄在 handl 中。 : send.number ( n -- ) (.) 0 DO
LOOP DROP ; send.number.r 把一个有符号 16 位数作为一个 ASCII 串写入一个打开的文件中，这个数字将被右对齐到一个宽度为 len 的字段中，并用 ASCII 空格填充。 : send.number.r ( n l -- ) >R (.) R> OVER - 0 DO
LOOP 0 DO
LOOP DROP ; send.dnumber 把一个有符号的 32 位数作为一个 ASCII 串写入打开的文件中，文件的句柄在 handl，小数点的位置由 DPL 的内容决定。 : send.dnumber ( d -- ) \ DPL = #digits after dec. point TUCK DABS <# DPL @ ?DUP IF
THEN #S ROT SIGN #> 0 DO
LOOP DROP ;
: send.val ( n -- ) \ send 16-bit value PAD ! handl @ 2 PAD write.file ; : send.dval ( d -- ) \ send 32-bit value PAD 2! handl @ 4 PAD write.file ; : send.string ( addr -- ) \ addr of counted string DUP C@ SWAP 1+ SWAP 0 DO
LOOP DROP ; : send.crlf ( -- ) 13 send.byte 10 send.byte ; : send.lf ( -- ) 10 send.byte ; : send.cr ( -- ) 13 send.byte ; : send.tab ( -- ) 9 send.byte ; : send.( ( -- ) ASCII ( send.byte ; : send.) ( -- ) ASCII ) send.byte ; : send., ( -- ) ASCII , send.byte ; : send." ( -- ) ASCII " send.byte ; : send."string" ( addr -- ) send." send.string send." ;
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