TCL語言概述

Tcl 是用于工具命令語言的一個解釋器。它由作為基本命令解釋器嵌入到工具(比如編輯器、調試器等)中的一個庫包組成。Tcl 提供了(a)用于簡單的文本命令語言的分析器，(b)一組內置的實用命令，和(c)一個 C 接口，工具通過它用特定于工具的命令增加內置命令。Tcl 在與窗口組件庫整合的時候特別有吸引力：它通過了提供變量、過程、表達式等機制增進了組件的可編程性；它允許用戶編程組件的外觀和動作二者；并且它在交互式程序之間提供一個簡單但強力的通信機制
　　作為一種腳本語言，Tcl具有簡單的語法
　　Tcl/Tk 的發(fā)明人 John Ousterhout 教授在八十年代初，是伯克利大學的教授。在其教學過程中，他發(fā)現在集成電路 CAD 設計中，很多時間是花在編程建立測試環(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。這種費力而又低效的方法，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，又要簡單易學，這樣就促成了 Tcl (Tool Command Language) 語言的產生。
　　Tcl 最初的構想的是希望把編程按照基于組件的方法 (component approach)，即與其為單個的應用程序編寫成百上千行的程序代碼，不如尋找一個種方法將程序分割成一個個小的, 具備一定“完整”功能的，可重復使用的組件。這些小的組件小到可以基本滿足一些獨立的應用程序的需求，其它部分可由這些小的組件功能基礎上生成。不同的組件有不同的功能，用于不同的目的。并可為其它的應用程序所利用。當然, 這種語言還要有良好的擴展性, 以便用戶為其增添新的功能模塊。最后，需要用一種強的，靈活的“膠水”把這些組件“粘”合在一起, 使各個組件之間可互相“通信”，協(xié)同工作。程序設計有如拼圖游戲一樣，這種設計思想與后來的 Java 不謀而合。終于在 1988 年的春天, 這種強大靈活的膠水 - 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的形式：
　　命令 [參數 1] [參數 2] [參數 3] [參數 4] ...... [參數 N]
　　腳本化是指 Tcl 為特殊的，特定的任務所設計。但從現在角度看，可以說 Tcl 是一種集 C 語言靈活強大的功能與 BASIC 語言易學高效的風格于一身的通用程序設計語言。
　　Tk (Tool Kit) 是基于 Tcl 的圖形程序開發(fā)工具箱, 是 Tcl 的重要擴展部分。Tk 隱含許多 C/C++ 程序員需要了解的程序設計細節(jié), 可快速地開發(fā)基于圖形界面 Windows 的程序。據稱, 用 Tcl/Tk 開發(fā)一個簡單的 GUI 應用程序只需幾個小時, 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，但它可完美地運行在以上兩個系統(tǒng)上。
　　Tcl 代表了“tool command language - 工具命令語言”。它由一個庫包組成，程序可以把它用作自己的命令語言的基礎。Tcl 的開發(fā)由兩項觀察所推動。第一項觀察是，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展工具的內置設施，從而擴大了工具的能力。在強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，出現的有著不同尋常能力的計算環(huán)境，在很大程度上是因為能獲得可編程的命令語言。
　　第二個促成它的觀察是交互式應用正在增長。在 1970 年代晚期和 1980 年代早期的分時環(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 來調用它們。除了 shell 之外，只有少數其他的程序是交互式的，比如編輯器和郵件器。正好相反，今天使用的個人工作站，帶有它們自己的光柵顯示器和鼠標，鼓勵了一種不同的系統(tǒng)結構，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操縱單獨的應用。此外，今天能獲得的大顯示器使很多交互式的應用立即活躍起來成為可能，而對于在十年前很小的屏幕這是不實際的。
　　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。每個新的交互式程序都要求開發(fā)一個新的命令語言。在多數情況下，應用程序員沒有時間或愛好去實現一個通用設施(特別是在應用自身很簡單的時候)，所以結果的命令語言趨向于帶有不充分的功能和笨拙的語法。
　　Tcl 是一個獨立于應用的命令語言。它作為一個 C 庫包存在，可以用于很多不同的程序中。Tcl 庫提供了用于簡單但完全可編程的命令語言的一個分析器。這個庫還實現了提供了通用的編程構造的一組內置命令，比如變量、列表、表達式、條件、循環(huán)和過程。單個的應用程序可以用特定于應用的命令來擴展基本的 Tcl 語言。Tcl 庫還提供一組實用工具例程來簡化特定于工具的命令的實現。
　　我相信 Tcl 在窗口環(huán)境中是特別有用的，它提供了兩項優(yōu)勢。首先，它可以用做編制應用的界面的一個通用機制。如果一個工具基于 Tcl，則應當相對容易的去修改應用的用戶界面，并使用新命令來擴展這個界面。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 是不尋常的因為它提供兩種不同的接口: 給用戶發(fā)起 Tcl 命令的一個文本接口，和給它所嵌入的應用的一個過程接口。這些接口的每個都必須是簡單的、強力的和高效的。在語言設計中有四個主要的因素：
　　[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。多數程序將是鍵入的，執(zhí)行一次或者幾次，接著就丟棄了。這提示了這門語言應當有一個簡單的語法，以便于鍵入命令。多數現存的編程語言都有復雜的語法；在寫長程序的時候有益，但如果用做命令語言就笨拙了。
　　[2] 語言必須是可編程的。它應當包含通用編程構造，比如變量、過程、條件和循環(huán)，這樣用戶可以通過寫 Tcl 過程來擴展內置的命令?？蓴U展性也要求簡單的語法：這使 Tcl 程序生成其他 Tcl 程序變得容易了。
　　[3] 語言必須允許一個簡單而高效的解釋器。由于 Tcl 庫要包含到許多小程序中，特別是在沒有共享庫的機器上，解釋器必須不占用太多的內存。用來解釋 Tcl 命令的機制必須足夠快，可用于每秒發(fā)生上百次的事件，比如鼠標移動。
　　[4] 語言必須允許對 C 應用的一個簡單接口。它必須易于讓 C 應用調用這個解釋器，并易于讓它們用特定于應用的命令來擴展內置的命令。這個因素是我決定不使用 Lisp 作為命令語言的原因之一：Lisp 的基本數據類型和存儲管理機制與 C 實在是不同，很難在它們之間建立清晰而簡單的接口。對 Tcl 我使用了對于 C 最自然的數據類型(字符串)。
　　Tcl 的基本語法類似于 UNIX shell：命令由用空格或 TAB 分隔的一個或多個字段組成。第一個字段是命令的名字，它可以是內置命令、特定于應用的命令、或者是由一系列的 Tcl 命令組成的過程。在第一個后面的字段都作為參數傳遞給命令。如同在 UNIX shell 中那樣，換行字符用做命令分隔符，分號也可用來分隔在同一行上的命令。不同于 UNIX shell，每個 Tcl 命令返回一個字符串結果，或者是空串，如果不適宜返回值的話。
　　在 Tcl 中有四個補充的語法構造，它們給予語言一種類似 Lisp 的風格。使用花括號來組合復雜的參數；它們充當可嵌套的引用字符。如果參數的第一個字符是左花括號，則這個參數不以空白終結。轉而，它終結于相匹配的右花括號。傳遞給這個命令的參數由在花括號中間的所有東西組成，并剝除圍繞的花括號。例如，命令
　　set a {dog cat {horse cow mule} bear}
　　將收到兩個參數：“a”和“dog cat {horse cow mule} bear”。這個特定命令將把變量 a 設置為等于第二個參數的一個字符串。如果參數包圍在花括號中，則不對這個參數做下面描述的其他替換?；ɡㄌ栕畛Ｒ姷挠猛臼前岩粋€ Tcl 子程序指定為到 Tcl 命令的參數。
　　在 Tcl 中第二個語法構造是是方括號，它用于引發(fā)命令替換。如果在參數中出現了左方括號，則從這個左方括號一直到相匹配的右方括號的所有東西都作為一個命令來對待，并由 Tcl 解釋器遞歸的執(zhí)行。命令的結果接著替換到這個方括號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。第三個語法構造是美元號，它用于變量替換。如果它出現在參數中，則隨后的字符作為變量的名字對待；變量的內容被替換到參數中這個美元符號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} $b]
　　導致 a 有同前面段落中的簡單命令相同的最終值。變量替換不是嚴格必須的，因為有其他方式來達到相同的效果，但是它減少了鍵入。
　　最后一個語法構造是反斜杠字符，可以用它把特殊字符插入到參數中，比如花括號或非打印字符。
　　在 Tcl 中只有一種數據類型：字符串。所有命令、到命令的參數、命令返回的結果和變量的值都是 ASCII 字符串。Tcl 始終使用字符串便于在 Tcl 庫過程和包圍它的應用的 C 代碼之間來回傳遞信息。這使它易于在不同類型的機器之間來回傳遞有關 Tcl 的信息。
　　盡管在 Tcl 中所有的東西都是字符串，很多命令都希望它們的字符串參數有特定的格式。這里的字符串有三種特定的通用格式：列表、表達式和命令。列表只是包含用空白分隔的一個或多個字段的字符串，類似于命令。可以使用花括來包圍復雜的列表元素；這些復雜的列表元素自身經常也是列表，類似于 Lisp。例如，字符串
　　dog cat {horse cow mule} bear
　　是有四個元素的一個列表，其中第三個元素是有三個元素的列表。Tcl 提供一組列表操縱的命令，比如建立列表、提取元素、和計算列表長度。
　　字符串的第二種常見形式是數值表達式。Tcl 表達式同 C 中的表達式有著同樣的操作符合優(yōu)先級。Tcl 命令  expr 把字符串作為表達式來求值并返回結果(當然是作為字符串)。例如，命令
　　expr {($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, 期望它們的一個或多個參數是表達式。
　　字符串的第三種常見解釋是命令(或命令的序列)。這種形式的參數用在實現控制結構的 Tcl 命令中。例如，考慮下列命令：
　　if {$a < $b} {
　　set tmp $a
　　set a $b
　　set b $tmp
　　}[!--empirenews.page--]
這里的 if 命令接受兩個參數，每個都是用花括號界定的。If 是內置命令，它把它的第一個參數作為表達式來求值；如果結果非零，則 if 把它的第二個參數作為 Tcl 命令執(zhí)行。這個特定命令在變量 a 小于 b 的時候交換 a 和 b 的值。
　　Tcl 還允許用戶定義用 Tcl 語言寫的命令過程。我稱謂這些過程為 tclproc，為的是區(qū)別于用  C 寫成的其他過程。使用 proc 內置命令來建立 tclproc。例如，下面定義了一個遞歸的階乘過程的 Tcl 命令：
　　proc fac x {
　　if {$x == 1} {return 1}
　　return [expr {$x * [fac [expr $x-1]]}]
　　}
　　proc 命令接受三個參數：新 tclproc 的名字、一個變量名字的列表(在這個實例中試只有一個元素 x 的列表)，和一個構成 tclproc 的過程體的 Tcl 命令。一旦執(zhí)行了這個 proc 命令，fac 就可以同其他 Tcl 命令一樣調用了。例如
　　fac 4
　　將返回字符串“24”。
　　盡管內置 Tcl 命令可以令人信服的用作獨立的編程系統(tǒng)，Tcl 實際上意圖被嵌入到應用程序中。我已經建造了使用 Tcl 的幾個應用程序，其中之一是針對 X 的叫做 mx 的一個基于鼠標的編輯器。在本文的余下部分，我將使用來自 mx 的例子來展示 Tcl 如何與包圍它的應用進行交互。
　　使用 Tcl 的應用程序用同特定應用有關的一些額外的命令來擴展內置命令。例如，時鐘程序可以提供額外的命令來控制時鐘如何顯示和設置鬧鐘；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的字節(jié)，和把修改后的文件寫回磁盤。應用程序員只需要寫特定于應用的命令；內置命令&ldquo;免費的”提供編程能力和擴展能力。對于用戶，特定于應用的命令表現的如同內置命令一樣。
　　Tcl 和窗口應用
　　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 在窗口應用中可以用于兩個目的: 配置應用的界面動作，配置應用的界面外觀。在下面的段落中討論這兩個用途。
　　Tcl 的第一個用法是用于界面動作。理想的，對應用重要的每個事件都應當綁定上 Tcl 命令。每次擊鍵、每次鼠標移動或鼠標按鈕按下(或釋放)、和每個菜單條目都應當關聯上 Tcl 命令。
　　當事件發(fā)生時，首先把它映射到它的 Tcl 命令上，接著通過把這個命令傳遞到 Tcl_Eval 來執(zhí)行它。應用不應當直接接收任何動作；所有動作都應當首先通過 Tcl 來傳遞。進一步，應用應當提供 Tcl 命令允許用戶改變與任何事件相關聯的 Tcl 命令。
　　在交互式的窗口應用中，Tcl 的使用可能對于初級用戶是不可見的: 他們將使用按鈕、菜單和其他界面構件來操縱應用。但是，如果使用 Tcl 作為所有界面動作的中間媒介，則會產生兩個好處。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、改變鼠標按鈕、或把一個現存的操作替代為指定為一組 Tcl 命令或 tclproc 的更加復雜的操作。第二個好處是這種方式強制所有的應用的功能都可通過 Tcl 來訪問: 任何可以使用鼠標或鍵盤調用的東西都可以使用 Tcl 程序調用。這使得有可能寫模擬程序動作的 tclproc，或把程序的基本動作組合到更加強力的動作中。這還允許交互式會話作為一序列 Tcl 命令而被記錄和重演。