Fix last EXIT in SEE
[jonesforth.git] / jonesforth.f
index cb13593..b2cf98a 100644 (file)
@@ -2,7 +2,7 @@
 \      A sometimes minimal FORTH compiler and tutorial for Linux / i386 systems. -*- asm -*-
 \      By Richard W.M. Jones <rich@annexia.org> http://annexia.org/forth
 \      This is PUBLIC DOMAIN (see public domain release statement below).
-\      $Id: jonesforth.f,v 1.4 2007-09-25 21:48:20 rich Exp $
+\      $Id: jonesforth.f,v 1.8 2007-09-28 19:39:21 rich Exp $
 \
 \      The first part of this tutorial is in jonesforth.S.  Get if from http://annexia.org/forth
 \
 ;
 
 \ A few more character constants defined the same way as above.
+: ';' [ CHAR ; ] LITERAL ;
 : '(' [ CHAR ( ] LITERAL ;
 : ')' [ CHAR ) ] LITERAL ;
 : '"' [ CHAR " ] LITERAL ;
 : 'A' [ CHAR A ] LITERAL ;
 : '0' [ CHAR 0 ] LITERAL ;
 : '-' [ CHAR - ] LITERAL ;
+: '.' [ CHAR . ] LITERAL ;
 
 \ While compiling, '[COMPILE] word' compiles 'word' if it would otherwise be IMMEDIATE.
 : [COMPILE] IMMEDIATE
        ( -- )          means the word has no effect on the stack
 )
 
+( Some more complicated stack examples, showing the stack notation. )
+: NIP ( x y -- y ) SWAP DROP ;
+: TUCK ( x y -- y x y ) DUP ROT ;
+: PICK ( x_u ... x_1 x_0 u -- x_u ... x_1 x_0 x_u )
+       1+              ( add one because of 'u' on the stack )
+       4 *             ( multiply by the word size )
+       DSP@ +          ( add to the stack pointer )
+       @               ( and fetch )
+;
+
+( With the looping constructs, we can now write SPACES, which writes n spaces to stdout. )
+: SPACES       ( n -- )
+       BEGIN
+               DUP 0>          ( while n > 0 )
+       WHILE
+               SPACE           ( print a space )
+               1-              ( until we count down to 0 )
+       REPEAT
+       DROP
+;
+
 ( Standard words for manipulating BASE. )
 : DECIMAL ( -- ) 10 BASE ! ;
 : HEX ( -- ) 16 BASE ! ;
 
        Another wrinkle of . and friends is that they obey the current base in the variable BASE.
        BASE can be anything in the range 2 to 36.
+
+       While we're defining . &c we can also define .S which is a useful debugging tool.  This
+       word prints the current stack (non-destructively) from top to bottom.
 )
-: U.R          ( u width -- )
-       ( DROP XXX )
+
+( This is the underlying recursive definition of U. )
+: U.           ( u -- )
        BASE @ /MOD     ( width rem quot )
        DUP 0<> IF      ( if quotient <> 0 then )
                RECURSE         ( print the quotient )
        EMIT
 ;
 
-( U. is easy to define in terms of U.R  Note the trailing space. )
-: U. 0 U.R SPACE ;
+(
+       FORTH word .S prints the contents of the stack.  It doesn't alter the stack.
+       Very useful for debugging.
+)
+: .S           ( -- )
+       DSP@            ( get current stack pointer )
+       BEGIN
+               DUP S0 @ <
+       WHILE
+               DUP @ U.        ( print the stack element )
+               SPACE
+               4+              ( move up )
+       REPEAT
+       DROP
+;
 
-( .R is easy, we just need to print the sign and then call U.R )
+( This word returns the width (in characters) of an unsigned number in the current base )
+: UWIDTH       ( u -- width )
+       BASE @ /        ( rem quot )
+       DUP 0<> IF      ( if quotient <> 0 then )
+               RECURSE 1+      ( return 1+recursive call )
+       ELSE
+               DROP            ( drop the zero quotient )
+               1               ( return 1 )
+       THEN
+;
+
+: U.R          ( u width -- )
+       SWAP            ( width u )
+       DUP             ( width u u )
+       UWIDTH          ( width u uwidth )
+       -ROT            ( u uwidth width )
+       SWAP -          ( u width-uwidth )
+       ( At this point if the requested width is narrower, we'll have a negative number on the stack.
+         Otherwise the number on the stack is the number of spaces to print.  But SPACES won't print
+         a negative number of spaces anyway, so it's now safe to call SPACES ... )
+       SPACES
+       ( ... and then call the underlying implementation of U. )
+       U.
+;
+
+(
+       .R prints a signed number, padded to a certain width.  We can't just print the sign
+       and call U.R because we want the sign to be next to the number ('-123' instead of '-  123').
+)
 : .R           ( n width -- )
        SWAP            ( width n )
        DUP 0< IF
-               '-' EMIT        ( print the sign )
-               NEGATE          ( negate the number so we can use U.R )
-               SWAP 1-         ( n width-1 )
+               NEGATE          ( width u )
+               1               ( save a flag to remember that it was negative | width n 1 )
+               ROT             ( 1 width u )
+               SWAP            ( 1 u width )
+               1-              ( 1 u width-1 )
        ELSE
-               SWAP            ( n width )
+               0               ( width u 0 )
+               ROT             ( 0 width u )
+               SWAP            ( 0 u width )
        THEN
-       DROP ( XXX )
-       U.R
+       SWAP            ( flag width u )
+       DUP             ( flag width u u )
+       UWIDTH          ( flag width u uwidth )
+       -ROT            ( flag u uwidth width )
+       SWAP -          ( flag u width-uwidth )
+
+       SPACES          ( flag u )
+       SWAP            ( u flag )
+
+       IF                      ( was it negative? print the - character )
+               '-' EMIT
+       THEN
+
+       U.
 ;
 
 ( Finally we can define word . in terms of .R, with a trailing space. )
 : . 0 .R SPACE ;
 
-( ? fetches the integer at an address and prints it. )
-: ? @ . ;
+( The real U., note the trailing space. )
+: U. U. SPACE ;
 
-( With the looping constructs, we can now write SPACES, which writes n spaces to stdout. )
-: SPACES       ( n -- )
-       BEGIN
-               DUP 0>          ( while n > 0 )
-       WHILE
-               SPACE           ( print a space )
-               1-              ( until we count down to 0 )
-       REPEAT
-       DROP
-;
+( ? fetches the integer at an address and prints it. )
+: ? ( addr -- ) @ . ;
 
 ( c a b WITHIN returns true if a <= c and c < b )
 : WITHIN
        THEN
 ;
 
-( .S prints the contents of the stack.  Very useful for debugging. )
-: .S           ( -- )
-       DSP@            ( get current stack pointer )
-       BEGIN
-               DUP S0 @ <
-       WHILE
-               DUP @ .         ( print the stack element )
-               4+              ( move up )
-       REPEAT
-       DROP
-;
-
 ( DEPTH returns the depth of the stack. )
 : DEPTH                ( -- n )
        S0 @ DSP@ -
 
 (
        S" string" is used in FORTH to define strings.  It leaves the address of the string and
-       its length on the stack, with the address at the top.  The space following S" is the normal
+       its length on the stack, (length at the top of stack).  The space following S" is the normal
        space between FORTH words and is not a part of the string.
 
        This is tricky to define because it has to do different things depending on whether
        case we put the string at HERE (but we _don't_ change HERE).  This is meant as a temporary
        location, likely to be overwritten soon after.
 )
-: S" IMMEDIATE         ( -- len addr )
+: S" IMMEDIATE         ( -- addr len )
        STATE @ IF      ( compiling? )
                ' LITSTRING ,   ( compile LITSTRING )
                HERE @          ( save the address of the length word on the stack )
                DROP            ( drop the final " character )
                HERE @ -        ( calculate the length )
                HERE @          ( push the start address )
+               SWAP            ( addr len )
        THEN
 ;
 
        In immediate mode we just keep reading characters and printing them until we get to
        the next double quote.
 
-       In compile mode we use S" to store the string, then add EMITSTRING afterwards:
-               LITSTRING <string length> <string rounded up to 4 bytes> EMITSTRING
+       In compile mode we use S" to store the string, then add TELL afterwards:
+               LITSTRING <string length> <string rounded up to 4 bytes> TELL
 
        It may be interesting to note the use of [COMPILE] to turn the call to the immediate
        word S" into compilation of that word.  It compiles it into the definition of .",
 : ." IMMEDIATE         ( -- )
        STATE @ IF      ( compiling? )
                [COMPILE] S"    ( read the string, and compile LITSTRING, etc. )
-               ' EMITSTRING ,  ( compile the final EMITSTRING )
+               ' TELL ,        ( compile the final TELL )
        ELSE
                ( In immediate mode, just read characters and print them until we get
                  to the ending double quote. )
        is the natural size for integers on this machine architecture.  On this 32 bit machine therefore
        CELLS just multiplies the top of stack by 4.
 )
-: CELLS ( n -- n ) 4 * ;
+: CELLS ( n -- n ) 4* ;
 
 (
        So now we can define VARIABLE easily in much the same way as CONSTANT above.  Refer to the
 
 (
        DUMP is used to dump out the contents of memory, in the 'traditional' hexdump format.
+
+       Notice that the parameters to DUMP (address, length) are compatible with string words
+       such as WORD and S".
 )
 : DUMP         ( addr len -- )
        BASE @ ROT              ( save the current BASE at the bottom of the stack )
                        DUP 32 128 WITHIN IF    ( 32 <= c < 128? )
                                EMIT
                        ELSE
-                               DROP [ CHAR ? ] LITERAL EMIT
+                               DROP '.' EMIT
                        THEN
                        1+ SWAP 1-      ( addr len linelen addr -- addr len addr+1 linelen-1 )
                REPEAT
        BASE !                  ( restore saved BASE )
 ;
 
+(
+       CASE...ENDCASE is how we do switch statements in FORTH.  There is no generally
+       agreed syntax for this, so I've gone for the syntax mandated by the ISO standard
+       FORTH (ANS-FORTH).
+
+       ( some value on the stack )
+       CASE
+       test1 OF ... ENDOF
+       test2 OF ... ENDOF
+       testn OF ... ENDOF
+       ... ( default case )
+       ENDCASE
+
+       The CASE statement tests the value on the stack by comparing it for equality with
+       test1, test2, ..., testn and executes the matching piece of code within OF ... ENDOF.
+       If none of the test values match then the default case is executed.  Inside the ... of
+       the default case, the value is still at the top of stack (it is implicitly DROP-ed
+       by ENDCASE).  When ENDOF is executed it jumps after ENDCASE (ie. there is no "fall-through"
+       and no need for a break statement like in C).
+
+       The default case may be omitted.  In fact the tests may also be omitted so that you
+       just have a default case, although this is probably not very useful.
+
+       An example (assuming that 'q', etc. are words which push the ASCII value of the letter
+       on the stack):
+
+       0 VALUE QUIT
+       0 VALUE SLEEP
+       KEY CASE
+               'q' OF 1 TO QUIT ENDOF
+               's' OF 1 TO SLEEP ENDOF
+               ( default case: )
+               ." Sorry, I didn't understand key <" DUP EMIT ." >, try again." CR
+       ENDCASE
+
+       (In some versions of FORTH, more advanced tests are supported, such as ranges, etc.
+       Other versions of FORTH need you to write OTHERWISE to indicate the default case.
+       As I said above, this FORTH tries to follow the ANS FORTH standard).
+
+       The implementation of CASE...ENDCASE is somewhat non-trivial.  I'm following the
+       implementations from here:
+       http://www.uni-giessen.de/faq/archiv/forthfaq.case_endcase/msg00000.html
+
+       The general plan is to compile the code as a series of IF statements:
+
+       CASE                            (push 0 on the immediate-mode parameter stack)
+       test1 OF ... ENDOF              test1 OVER = IF DROP ... ELSE
+       test2 OF ... ENDOF              test2 OVER = IF DROP ... ELSE
+       testn OF ... ENDOF              testn OVER = IF DROP ... ELSE
+       ... ( default case )            ...
+       ENDCASE                         DROP THEN [THEN [THEN ...]]
+
+       The CASE statement pushes 0 on the immediate-mode parameter stack, and that number
+       is used to count how many THEN statements we need when we get to ENDCASE so that each
+       IF has a matching THEN.  The counting is done implicitly.  If you recall from the
+       implementation above of IF, each IF pushes a code address on the immediate-mode stack,
+       and these addresses are non-zero, so by the time we get to ENDCASE the stack contains
+       some number of non-zeroes, followed by a zero.  The number of non-zeroes is how many
+       times IF has been called, so how many times we need to match it with THEN.
+
+       This code uses [COMPILE] so that we compile calls to IF, ELSE, THEN instead of
+       actually calling them while we're compiling the words below.
+
+       As is the case with all of our control structures, they only work within word
+       definitions, not in immediate mode.
+)
+: CASE IMMEDIATE
+       0               ( push 0 to mark the bottom of the stack )
+;
+
+: OF IMMEDIATE
+       ' OVER ,        ( compile OVER )
+       ' = ,           ( compile = )
+       [COMPILE] IF    ( compile IF )
+       ' DROP ,        ( compile DROP )
+;
+
+: ENDOF IMMEDIATE
+       [COMPILE] ELSE  ( ENDOF is the same as ELSE )
+;
+
+: ENDCASE IMMEDIATE
+       ' DROP ,        ( compile DROP )
+
+       ( keep compiling THEN until we get to our zero marker )
+       BEGIN
+               ?DUP
+       WHILE
+               [COMPILE] THEN
+       REPEAT
+;
+
+(
+       CFA> is the opposite of >CFA.  It takes a codeword and tries to find the matching
+       dictionary definition.
+
+       In this FORTH this is not so easy.  In fact we have to search through the dictionary
+       because we don't have a convenient back-pointer (as is often the case in other versions
+       of FORTH).
+
+       This word returns 0 if it doesn't find a match.
+)
+: CFA>
+       LATEST @        ( start at LATEST dictionary entry )
+       BEGIN
+               DUP 0<>         ( while link pointer is not null )
+       WHILE
+               DUP >CFA        ( cfa curr curr-cfa )
+               2 PICK          ( cfa curr curr-cfa cfa )
+               = IF            ( found a match? )
+                       NIP             ( leave curr dictionary entry on the stack )
+                       EXIT            ( and return from the function )
+               THEN
+               @               ( follow link pointer back )
+       REPEAT
+       2DROP           ( restore stack )
+       0               ( sorry, nothing found )
+;
+
+(
+       SEE disassembles a FORTH word.
+
+       We search for the dictionary entry of the word, then search again for the next
+       word (effectively, the end of the compiled word).  This results in two pointers:
+
+       +---------+---+---+---+---+------------+------------+------------+------------+
+       | LINK    | 3 | T | E | N | DOCOL      | LIT        | 10         | EXIT       |
+       +---------+---+---+---+---+------------+------------+------------+------------+
+        ^                                                                             ^
+        |                                                                             |
+       Start of word                                                         End of word
+
+       With this information we can have a go at decompiling the word.  We need to
+       recognise "meta-words" like LIT, LITSTRING, BRANCH, etc. and treat those separately.
+)
+: SEE
+       WORD FIND       ( find the dictionary entry to decompile )
+
+       ( now we search again, looking for the next word )
+       HERE @          ( address of the end of the last compiled word )
+       LATEST @        ( word last curr )
+       BEGIN
+               2 PICK          ( word last curr word )
+               OVER            ( word last curr word curr )
+               <>              ( word last curr word<>curr? )
+       WHILE                   ( word last curr )
+               NIP             ( word curr )
+               DUP @           ( word curr prev (which becomes: word last curr) )
+       REPEAT
+
+       DROP            ( at this point, the stack is: start-of-word end-of-word )
+       SWAP            ( end-of-word start-of-word )
+
+       ( begin the definition with : NAME [IMMEDIATE] )
+       ':' EMIT SPACE DUP ID. SPACE
+       DUP ?IMMEDIATE IF ." IMMEDIATE " THEN
+
+       >DFA            ( get the data address, ie. points after DOCOL | end-of-word start-of-data )
+
+       ( now we start decompiling until we hit the end of the word )
+       BEGIN           ( end start )
+               2DUP >
+       WHILE
+               DUP @           ( end start codeword )
+
+               CASE
+               ' LIT OF                ( is it LIT ? )
+                       4 + DUP @       ( get next word which is the integer constant )
+                       .               ( and print it )
+               ENDOF
+               ' LITSTRING OF          ( is it LITSTRING ? )
+                       [ CHAR S ] LITERAL EMIT '"' EMIT SPACE ( print S"<space> )
+                       4 + DUP @       ( get the length word )
+                       SWAP 4 + SWAP   ( end start+4 length )
+                       2DUP TELL       ( print the string )
+                       '"' EMIT SPACE  ( finish the string with a final quote )
+                       + ALIGNED       ( end start+4+len, aligned )
+                       4 -             ( because we're about to add 4 below )
+               ENDOF
+               ' 0BRANCH OF            ( is it 0BRANCH ? )
+                       ." 0BRANCH ( "
+                       4 + DUP @       ( print the offset )
+                       .
+                       ')' EMIT SPACE
+               ENDOF
+               ' BRANCH OF             ( is it BRANCH ? )
+                       ." BRANCH ( "
+                       4 + DUP @       ( print the offset )
+                       .
+                       ')' EMIT SPACE
+               ENDOF
+               ' ' OF                  ( is it ' (TICK) ? )
+                       [ CHAR ' ] LITERAL EMIT SPACE
+                       4 + DUP @       ( get the next codeword )
+                       CFA>            ( and force it to be printed as a dictionary entry )
+                       ID. SPACE
+               ENDOF
+               ' EXIT OF               ( is it EXIT? )
+                       ( We expect the last word to be EXIT, and if it is then we don't print it
+                         because EXIT is normally implied by ;.  EXIT can also appear in the middle
+                         of words, and then it needs to be printed. )
+                       2DUP            ( end start end start )
+                       4 +             ( end start end start+4 )
+                       <> IF           ( end start | we're not at the end )
+                               ." EXIT "
+                       THEN
+               ENDOF
+               ( default case: )
+                       DUP             ( in the default case we always need to DUP before using )
+                       CFA>            ( look up the codeword to get the dictionary entry )
+                       ID. SPACE       ( and print it )
+               ENDCASE
+
+               4 +             ( end start+4 )
+       REPEAT
+
+       ';' EMIT CR
+
+       2DROP           ( restore stack )
+;
+
 ( Finally print the welcome prompt. )
 ." JONESFORTH VERSION " VERSION . CR
 ." OK "