TCL語言簡(jiǎn)述

Tcl 是用于工具命令語言的一個(gè)解釋器。它由作為基本命令解釋器嵌入到工具(比如編輯器、調(diào)試器等)中的一個(gè)庫(kù)包組成。Tcl 提供了(a)用于簡(jiǎn)單的文本命令語言的分析器，(b)一組內(nèi)置的實(shí)用命令，和(c)一個(gè) C 接口，工具通過它用特定于工具的命令增加內(nèi)置命令。Tcl 在與窗口組件庫(kù)整合的時(shí)候特別有吸引力：它通過了提供變量、過程、表達(dá)式等機(jī)制增進(jìn)了組件的可編程性；它允許用戶編程組件的外觀和動(dòng)作二者；并且它在交互式程序之間提供一個(gè)簡(jiǎn)單但強(qiáng)力的通信機(jī)制
　　作為一種腳本語言，Tcl具有簡(jiǎn)單的語法
　　Tcl/Tk 的發(fā)明人 John Ousterhout 教授在八十年代初，是伯克利大學(xué)的教授。在其教學(xué)過程中，他發(fā)現(xiàn)在集成電路 CAD 設(shè)計(jì)中，很多時(shí)間是花在編程建立測(cè)試環(huán)境上。并且，環(huán)境一旦發(fā)生了變化，就要重新修改代碼以適應(yīng)。這種費(fèi)力而又低效的方法，迫使 Ousterhout 教授力圖尋找一種新的編程語言，它即要有好的代碼可重用性，又要簡(jiǎn)單易學(xué)，這樣就促成了 Tcl (Tool Command Language) 語言的產(chǎn)生。
　　Tcl 最初的構(gòu)想的是希望把編程按照基于組件的方法 (component approach)，即與其為單個(gè)的應(yīng)用程序編寫成百上千行的程序代碼，不如尋找一個(gè)種方法將程序分割成一個(gè)個(gè)小的, 具備一定“完整”功能的，可重復(fù)使用的組件。這些小的組件小到可以基本滿足一些獨(dú)立的應(yīng)用程序的需求，其它部分可由這些小的組件功能基礎(chǔ)上生成。不同的組件有不同的功能，用于不同的目的。并可為其它的應(yīng)用程序所利用。當(dāng)然, 這種語言還要有良好的擴(kuò)展性, 以便用戶為其增添新的功能模塊。最后，需要用一種強(qiáng)的，靈活的“膠水”把這些組件“粘”合在一起, 使各個(gè)組件之間可互相“通信”，協(xié)同工作。程序設(shè)計(jì)有如拼圖游戲一樣，這種設(shè)計(jì)思想與后來的 Java 不謀而合。終于在 1988 年的春天, 這種強(qiáng)大靈活的膠水 - Tcl 語言被發(fā)明出來了。
　　按照 Ousterhout 教授的定義， Tcl 是一種可嵌入的命令腳本化語言 (Command Script Language)。“可嵌入”是指把很多應(yīng)用有效，無縫地集成在一起。“命令”是指每一條 Tcl 語句都可以理解成命令加參數(shù)的形式：
　　命令 [參數(shù) 1] [參數(shù) 2] [參數(shù) 3] [參數(shù) 4] ...... [參數(shù) N]
　　腳本化是指 Tcl 為特殊的，特定的任務(wù)所設(shè)計(jì)。但從現(xiàn)在角度看，可以說 Tcl 是一種集 C 語言靈活強(qiáng)大的功能與 BASIC 語言易學(xué)高效的風(fēng)格于一身的通用程序設(shè)計(jì)語言。
　　Tk (Tool Kit) 是基于 Tcl 的圖形程序開發(fā)工具箱, 是 Tcl 的重要擴(kuò)展部分。Tk 隱含許多 C/C++ 程序員需要了解的程序設(shè)計(jì)細(xì)節(jié), 可快速地開發(fā)基于圖形界面 Windows 的程序。據(jù)稱, 用 Tcl/Tk 開發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的 GUI 應(yīng)用程序只需幾個(gè)小時(shí), 比用 C/C++ 要提高效率十倍。需要指明的是這里所說的“窗口”是指 Tcl 定義的窗口，與 X-Windows 與 MS Windows 的定義有所不同，但它可完美地運(yùn)行在以上兩個(gè)系統(tǒng)上。
　　Tcl 代表了“tool command language - 工具命令語言”。它由一個(gè)庫(kù)包組成，程序可以把它用作自己的命令語言的基礎(chǔ)。Tcl 的開發(fā)由兩項(xiàng)觀察所推動(dòng)。第一項(xiàng)觀察是，通用可編程命令語言通過允許用戶用命令語言寫程序來擴(kuò)展工具的內(nèi)置設(shè)施，從而擴(kuò)大了工具的能力。在強(qiáng)力的命令語言之中最眾所周知的例子是 UNIX shell[5] 和 Emacs 編輯器[8]。在各自情況下，出現(xiàn)的有著不同尋常能力的計(jì)算環(huán)境，在很大程度上是因?yàn)槟塬@得可編程的命令語言。
　　第二個(gè)促成它的觀察是交互式應(yīng)用正在增長(zhǎng)。在 1970 年代晚期和 1980 年代早期的分時(shí)環(huán)境中，幾乎所有的程序都是面向批處理的。典型的使用交互式的命令 shell 來調(diào)用它們。除了 shell 之外，只有少數(shù)其他的程序是交互式的，比如編輯器和郵件器。正好相反，今天使用的個(gè)人工作站，帶有它們自己的光柵顯示器和鼠標(biāo)，鼓勵(lì)了一種不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在這里大量的程序是交互式的，并且最常見的交互方式是直接用鼠標(biāo)操縱單獨(dú)的應(yīng)用。此外，今天能獲得的大顯示器使很多交互式的應(yīng)用立即活躍起來成為可能，而對(duì)于在十年前很小的屏幕這是不實(shí)際的。
　　不幸的是，很少的今天的交互式程序擁有 shell 或 Emacs 命令語言的能力。在這里好的命令語言是存在著的，它們趨向與特定的程序捆綁在一起。每個(gè)新的交互式程序都要求開發(fā)一個(gè)新的命令語言。在多數(shù)情況下，應(yīng)用程序員沒有時(shí)間或愛好去實(shí)現(xiàn)一個(gè)通用設(shè)施(特別是在應(yīng)用自身很簡(jiǎn)單的時(shí)候)，所以結(jié)果的命令語言趨向于帶有不充分的功能和笨拙的語法。
　　Tcl 是一個(gè)獨(dú)立于應(yīng)用的命令語言。它作為一個(gè) C 庫(kù)包存在，可以用于很多不同的程序中。Tcl 庫(kù)提供了用于簡(jiǎn)單但完全可編程的命令語言的一個(gè)分析器。這個(gè)庫(kù)還實(shí)現(xiàn)了提供了通用的編程構(gòu)造的一組內(nèi)置命令，比如變量、列表、表達(dá)式、條件、循環(huán)和過程。單個(gè)的應(yīng)用程序可以用特定于應(yīng)用的命令來擴(kuò)展基本的 Tcl 語言。Tcl 庫(kù)還提供一組實(shí)用工具例程來簡(jiǎn)化特定于工具的命令的實(shí)現(xiàn)。
　　我相信 Tcl 在窗口環(huán)境中是特別有用的，它提供了兩項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。首先，它可以用做編制應(yīng)用的界面的一個(gè)通用機(jī)制。如果一個(gè)工具基于 Tcl，則應(yīng)當(dāng)相對(duì)容易的去修改應(yīng)用的用戶界面，并使用新命令來擴(kuò)展這個(gè)界面。其次和更重要的是，Tcl 為工具之間通信提供一種統(tǒng)一的框架。如果在所有的工具中統(tǒng)一使用了它，Tcl 將使工具在一起工作得比今天的狀況更加優(yōu)雅。
　　Tcl 是不尋常的因?yàn)樗峁﹥煞N不同的接口: 給用戶發(fā)起 Tcl 命令的一個(gè)文本接口，和給它所嵌入的應(yīng)用的一個(gè)過程接口。這些接口的每個(gè)都必須是簡(jiǎn)單的、強(qiáng)力的和高效的。在語言設(shè)計(jì)中有四個(gè)主要的因素：
　　[1] 語言用于命令。幾乎所有 Tcl“程序”都是短小的，很多只有一行長(zhǎng)。多數(shù)程序?qū)⑹擎I入的，執(zhí)行一次或者幾次，接著就丟棄了。這提示了這門語言應(yīng)當(dāng)有一個(gè)簡(jiǎn)單的語法，以便于鍵入命令。多數(shù)現(xiàn)存的編程語言都有復(fù)雜的語法；在寫長(zhǎng)程序的時(shí)候有益，但如果用做命令語言就笨拙了。
　　[2] 語言必須是可編程的。它應(yīng)當(dāng)包含通用編程構(gòu)造，比如變量、過程、條件和循環(huán)，這樣用戶可以通過寫 Tcl 過程來擴(kuò)展內(nèi)置的命令?？蓴U(kuò)展性也要求簡(jiǎn)單的語法：這使 Tcl 程序生成其他 Tcl 程序變得容易了。
　　[3] 語言必須允許一個(gè)簡(jiǎn)單而高效的解釋器。由于 Tcl 庫(kù)要包含到許多小程序中，特別是在沒有共享庫(kù)的機(jī)器上，解釋器必須不占用太多的內(nèi)存。用來解釋 Tcl 命令的機(jī)制必須足夠快，可用于每秒發(fā)生上百次的事件，比如鼠標(biāo)移動(dòng)。
　　[4] 語言必須允許對(duì) C 應(yīng)用的一個(gè)簡(jiǎn)單接口。它必須易于讓 C 應(yīng)用調(diào)用這個(gè)解釋器，并易于讓它們用特定于應(yīng)用的命令來擴(kuò)展內(nèi)置的命令。這個(gè)因素是我決定不使用 Lisp 作為命令語言的原因之一：Lisp 的基本數(shù)據(jù)類型和存儲(chǔ)管理機(jī)制與 C 實(shí)在是不同，很難在它們之間建立清晰而簡(jiǎn)單的接口。對(duì) Tcl 我使用了對(duì)于 C 最自然的數(shù)據(jù)類型(字符串)。
　　Tcl 的基本語法類似于 UNIX shell：命令由用空格或 TAB 分隔的一個(gè)或多個(gè)字段組成。第一個(gè)字段是命令的名字，它可以是內(nèi)置命令、特定于應(yīng)用的命令、或者是由一系列的 Tcl 命令組成的過程。在第一個(gè)后面的字段都作為參數(shù)傳遞給命令。如同在 UNIX shell 中那樣，換行字符用做命令分隔符，分號(hào)也可用來分隔在同一行上的命令。不同于 UNIX shell，每個(gè) Tcl 命令返回一個(gè)字符串結(jié)果，或者是空串，如果不適宜返回值的話。
　　在 Tcl 中有四個(gè)補(bǔ)充的語法構(gòu)造，它們給予語言一種類似 Lisp 的風(fēng)格。使用花括號(hào)來組合復(fù)雜的參數(shù)；它們充當(dāng)可嵌套的引用字符。如果參數(shù)的第一個(gè)字符是左花括號(hào)，則這個(gè)參數(shù)不以空白終結(jié)。轉(zhuǎn)而，它終結(jié)于相匹配的右花括號(hào)。傳遞給這個(gè)命令的參數(shù)由在花括號(hào)中間的所有東西組成，并剝除圍繞的花括號(hào)。例如，命令
　　set a {dog cat {horse cow mule} bear}
　　將收到兩個(gè)參數(shù)：“a”和“dog cat {horse cow mule} bear”。這個(gè)特定命令將把變量 a 設(shè)置為等于第二個(gè)參數(shù)的一個(gè)字符串。如果參數(shù)包圍在花括號(hào)中，則不對(duì)這個(gè)參數(shù)做下面描述的其他替換?；ɡㄌ?hào)最常見的用途是把一個(gè) Tcl 子程序指定為到 Tcl 命令的參數(shù)。
　　在 Tcl 中第二個(gè)語法構(gòu)造是是方括號(hào)，它用于引發(fā)命令替換。如果在參數(shù)中出現(xiàn)了左方括號(hào)，則從這個(gè)左方括號(hào)一直到相匹配的右方括號(hào)的所有東西都作為一個(gè)命令來對(duì)待，并由 Tcl 解釋器遞歸的執(zhí)行。命令的結(jié)果接著替換到這個(gè)方括號(hào)包圍的字符串所在的位置上。例如，考慮命令
　　set a [format {Santa Claus is %s years old} 99]
　　format 命令做類似 printf 的格式化并返回字符串“Santa Claus is 99 years old”，接著把它傳遞給 set 并賦值到變量 a。第三個(gè)語法構(gòu)造是美元號(hào)，它用于變量替換。如果它出現(xiàn)在參數(shù)中，則隨后的字符作為變量的名字對(duì)待；變量的內(nèi)容被替換到參數(shù)中這個(gè)美元符號(hào)和名字所在的位置上。例如，命令
　　set b 99
　　set a [format {Santa Claus is %s years old} $b]
　　導(dǎo)致 a 有同前面段落中的簡(jiǎn)單命令相同的最終值。變量替換不是嚴(yán)格必須的，因?yàn)橛衅渌绞絹磉_(dá)到相同的效果，但是它減少了鍵入。
　　最后一個(gè)語法構(gòu)造是反斜杠字符，可以用它把特殊字符插入到參數(shù)中，比如花括號(hào)或非打印字符。
　　在 Tcl 中只有一種數(shù)據(jù)類型：字符串。所有命令、到命令的參數(shù)、命令返回的結(jié)果和變量的值都是 ASCII 字符串。Tcl 始終使用字符串便于在 Tcl 庫(kù)過程和包圍它的應(yīng)用的 C 代碼之間來回傳遞信息。這使它易于在不同類型的機(jī)器之間來回傳遞有關(guān) Tcl 的信息。
　　盡管在 Tcl 中所有的東西都是字符串，很多命令都希望它們的字符串參數(shù)有特定的格式。這里的字符串有三種特定的通用格式：列表、表達(dá)式和命令。列表只是包含用空白分隔的一個(gè)或多個(gè)字段的字符串，類似于命令?？梢允褂没ɡ▉戆鼑鷱?fù)雜的列表元素；這些復(fù)雜的列表元素自身經(jīng)常也是列表，類似于 Lisp。例如，字符串
　　dog cat {horse cow mule} bear
　　是有四個(gè)元素的一個(gè)列表，其中第三個(gè)元素是有三個(gè)元素的列表。Tcl 提供一組列表操縱的命令，比如建立列表、提取元素、和計(jì)算列表長(zhǎng)度。
　　字符串的第二種常見形式是數(shù)值表達(dá)式。Tcl 表達(dá)式同 C 中的表達(dá)式有著同樣的操作符合優(yōu)先級(jí)。Tcl 命令  expr 把字符串作為表達(dá)式來求值并返回結(jié)果(當(dāng)然是作為字符串)。例如，命令
　　expr {($a < $b) || ($c != 0)}
　　在變量 a 小于變量 b 或者變量 c 是零的時(shí)候返回“1”，否則返回“0”。一些其他的命令，比如 if 和 for, 期望它們的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)是表達(dá)式。
　　字符串的第三種常見解釋是命令(或命令的序列)。這種形式的參數(shù)用在實(shí)現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)的 Tcl 命令中。例如，考慮下列命令：
　　if {$a < $b} {
　　set tmp $a
　　set a $b
　　set b $tmp
　　}[!--empirenews.page--]
　　這里的 if 命令接受兩個(gè)參數(shù)，每個(gè)都是用花括號(hào)界定的。If 是內(nèi)置命令，它把它的第一個(gè)參數(shù)作為表達(dá)式來求值；如果結(jié)果非零，則 if 把它的第二個(gè)參數(shù)作為 Tcl 命令執(zhí)行。這個(gè)特定命令在變量 a 小于 b 的時(shí)候交換 a 和 b 的值。
　　Tcl 還允許用戶定義用 Tcl 語言寫的命令過程。我稱謂這些過程為 tclproc，為的是區(qū)別于用  C 寫成的其他過程。使用 proc 內(nèi)置命令來建立 tclproc。例如，下面定義了一個(gè)遞歸的階乘過程的 Tcl 命令：
　　proc fac x {
　　if {$x == 1} {return 1}
　　return [expr {$x * [fac [expr $x-1]]}]
　　}
　　proc 命令接受三個(gè)參數(shù)：新 tclproc 的名字、一個(gè)變量名字的列表(在這個(gè)實(shí)例中試只有一個(gè)元素 x 的列表)，和一個(gè)構(gòu)成 tclproc 的過程體的 Tcl 命令。一旦執(zhí)行了這個(gè) proc 命令，fac 就可以同其他 Tcl 命令一樣調(diào)用了。例如
　　fac 4
　　將返回字符串“24”。
　　盡管內(nèi)置 Tcl 命令可以令人信服的用作獨(dú)立的編程系統(tǒng)，Tcl 實(shí)際上意圖被嵌入到應(yīng)用程序中。我已經(jīng)建造了使用 Tcl 的幾個(gè)應(yīng)用程序，其中之一是針對(duì) X 的叫做 mx 的一個(gè)基于鼠標(biāo)的編輯器。在本文的余下部分，我將使用來自 mx 的例子來展示 Tcl 如何與包圍它的應(yīng)用進(jìn)行交互。
　　使用 Tcl 的應(yīng)用程序用同特定應(yīng)用有關(guān)的一些額外的命令來擴(kuò)展內(nèi)置命令。例如，時(shí)鐘程序可以提供額外的命令來控制時(shí)鐘如何顯示和設(shè)置鬧鐘；mx 編輯器提供額外的命令來從磁盤讀取文件，在窗口中顯示它，選擇和修改一定范圍內(nèi)的字節(jié)，和把修改后的文件寫回磁盤。應(yīng)用程序員只需要寫特定于應(yīng)用的命令；內(nèi)置命令“免費(fèi)的”提供編程能力和擴(kuò)展能力。對(duì)于用戶，特定于應(yīng)用的命令表現(xiàn)的如同內(nèi)置命令一樣。
　　Tcl 和窗口應(yīng)用
　　可嵌入的命令語言如 Tcl 在窗口環(huán)境中提供了特別的好處。部分原因是在窗口環(huán)境中有很多交互式程序(所以有很多地方要使用命令語言),部分的原因是在今天的窗口環(huán)境中可配置性是重要的，并且語言如 Tcl 提供了做重新配置的靈活性。Tcl 在窗口應(yīng)用中可以用于兩個(gè)目的: 配置應(yīng)用的界面動(dòng)作，配置應(yīng)用的界面外觀。在下面的段落中討論這兩個(gè)用途。
　　Tcl 的第一個(gè)用法是用于界面動(dòng)作。理想的，對(duì)應(yīng)用重要的每個(gè)事件都應(yīng)當(dāng)綁定上 Tcl 命令。每次擊鍵、每次鼠標(biāo)移動(dòng)或鼠標(biāo)按鈕按下(或釋放)、和每個(gè)菜單條目都應(yīng)當(dāng)關(guān)聯(lián)上 Tcl 命令。
　　當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，首先把它映射到它的 Tcl 命令上，接著通過把這個(gè)命令傳遞到 Tcl_Eval 來執(zhí)行它。應(yīng)用不應(yīng)當(dāng)直接接收任何動(dòng)作；所有動(dòng)作都應(yīng)當(dāng)首先通過 Tcl 來傳遞。進(jìn)一步，應(yīng)用應(yīng)當(dāng)提供 Tcl 命令允許用戶改變與任何事件相關(guān)聯(lián)的 Tcl 命令。
　　在交互式的窗口應(yīng)用中，Tcl 的使用可能對(duì)于初級(jí)用戶是不可見的: 他們將使用按鈕、菜單和其他界面構(gòu)件來操縱應(yīng)用。但是，如果使用 Tcl 作為所有界面動(dòng)作的中間媒介，則會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)好處。首先，使得寫 Tcl 程序來重新配置界面成為可能。例如，用戶將能夠重新綁定擊鍵、改變鼠標(biāo)按鈕、或把一個(gè)現(xiàn)存的操作替代為指定為一組 Tcl 命令或 tclproc 的更加復(fù)雜的操作。第二個(gè)好處是這種方式強(qiáng)制所有的應(yīng)用的功能都可通過 Tcl 來訪問: 任何可以使用鼠標(biāo)或鍵盤調(diào)用的東西都可以使用 Tcl 程序調(diào)用。這使得有可能寫模擬程序動(dòng)作的 tclproc，或把程序的基本動(dòng)作組合到更加強(qiáng)力的動(dòng)作中。這還允許交互式會(huì)話作為一序列 Tcl 命令而被記錄和重演。