Forth (langage) - Définition

Dénomination

Son nom est une contraction de l'anglais fourth, qui signifie « quatrième » : c'était à l'origine un langage pour les machines de quatrième génération machines dotées de lecteurs de disquettes ; mais, à l'époque, la machine IBM utilisée ne permettait que des noms de cinq lettres (ce qui suggère qu'il s'agissait d'un IBM 1130). Et pourtant, Forth utilisait des concepts novateurs pour l'époque : multiprogrammation et cache-disque notamment.

Utilisations

Forth a été utilisé principalement dans des systèmes embarqués et des contrôleurs, en raison de leur caractère compact et de la facilité d'utiliser des mots définis en assembleur dans des programmes de plus haut niveau. Parmi les applications les plus prestigieuses, on relèvera sa présence sur quelques missions de la NASA.

Les ROM Open Firmware des produits d'Apple et de Sun, ainsi qu'une partie du boot de FreeBSD, étaient jusqu'à récemment écrites en Forth, permettant la portabilité du code de bas niveau entre les processeurs.

L'augmentation de performance des micro-contrôleurs permettant désormais la programmation des applications de ce type en langage C, désormais érigé en assembleur universel, l'utilisation de Forth régresse sur son terrain de prédilection. Plus généralement, la tendance étant à ce que le programmeur devienne une ressource interchangeable (ce qui permet déjà l'externalisation de certains développements) au détriment de l'expérience et de la compétence, l'utilisation de Forth ne peut que décliner.

Bien que la mort de Forth ait été annoncée maintes et maintes fois, et que d'aucuns le qualifieraient de moribond, de nouveaux programmeurs de divers horizons curieux et attirés par ces performances et ces conceptions remarquables s'y intéressent régulièrement et s'en inspirent ; la survie de quelques sociétés prestataires de services qui basent leur offre sur Forth et réalisent des développements pour des projets de pointe (gestion de trafic aérien par exemple), laissent à penser que Forth n'est pas une langue morte.

Mise en œuvre

Le mélange interprétation/compilation, associé à des techniques de compilation efficaces et à la possibilité offerte par nombre de systèmes de définir aussi de nouvelle primitives en assembleur, font de Forth l'un des langages interprétés les plus rapides et les plus compacts.

Très proche du matériel, le Forth est un langage que l'on peut qualifier de « bas niveau », mais qui dispose de ressources qui lui permettent de se rapprocher du « haut niveau ». Le langage est en effet basé sur un petit nombre de primitives suffisamment élémentaires pour être implémentées directement « dans le silicium » (c'est-à-dire être les instructions d'un processeur matériel ; les primitives de Forth sont donc bel et bien un « assembleur » pour ces processeurs. Il existe quelques exemples de processeurs Forth).

Dans le même temps, le langage permet de définir des mots qui ont une action sur la compilation ; on peut ainsi définir de nouvelles structures de contrôle (par exemple la structure switch/case peut s'écrire à partir de la structure if/else/then). Cette caractéristique fait de Forth un langage extensible.

C'est ainsi qu'à partir de quelques primitives écrites en langage machine, on peut construire un interpréteur en ligne de commande, un assembleur, un compilateur, un éditeur de source. La compacité est extrême : sur une machine 8 bits, 7 kilo-octets suffisent pour avoir un interpréteur en ligne de commande, dont 700 octets seulement de code machine, le reste étant constitué de tables de pointeurs. En ajoutant environ 5 ko, on dispose de l'éditeur, d'un assembleur, et d'un système rudimentaire de stockage sur disquettes, le tout fonctionnant sans système d'exploitation avec quelques kilo-octets de mémoire vive, et tenant sur une simple disquette (source intégrale incluse) ; autrement dit un micro-environnement de développement capable de s'autocompiler à partir de son propre source depuis une plateforme disposant de ressources modestes comme les applications embarquées.

Un des aspects de Forth est de tenter de trouver un juste milieu entre la langue naturelle du programmeur et la « langue » artificielle du processeur, contrairement aux autres langages qui prennent nettement le parti du programmeur au détriment du processeur. Ce compromis donne au langage son aspect exotique et déroutant de prime abord, et requiert sans conteste une certaine capacité d'adaptation de la part du programmeur.

Le langage Forth a fait l'objet d'une normalisation officielle, l'ANS-FORTH, fondée sur les standards officieux précédents Forth-79 et Forth-84. La plupart des Forth commerciaux suivent cette norme. De par l'extrême facilité d'implémentation d'un interpréteur pour ce langage, il existe un nombre incalculable de systèmes Forth de domaine public, qui sont soit alignés sur le standard ANS-Forth (comme gforth de GNU), soit sont des dialectes plus ou moins éloignés de Forth (notamment ColorForth de Charles Moore), et ce pour à peu près toutes les plateformes, du Intel 8051 à Windows, en passant évidemment par Linux.