ภาษาโปรแกรม Forth ซึ่งเป็นรูปแบบการเขียนโปรแกรมแบบ stack-based จากปลายทศวรรษ 1960 ยังคงจุดประกายการถกเถียงอย่างเข้มข้นในชุมชนนักพัฒนาเกี่ยวกับตำแหน่งของมันในโลกคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ แม้ว่าภาษานี้จะยังคงมีผู้ติดตามที่ทุ่มเทซึ่งชื่นชมความเรียบง่ายที่สง่างามและความสามารถในการขยายที่ทรงพลัง แต่ก็มีเสียงที่เพิ่มขึ้นตั้งคำถามว่า Forth ยังคงมีความเกี่ยวข้องในทางปฏิบัติในภูมิทัศน์คอมพิวเตอร์ปัจจุบันหรือไม่
ช่องว่างฮาร์ดแวร์ที่หดตัวลง
Forth เดิมทีเจริญเติบโตในสภาพแวดล้อมที่มีทรัพยากรจำกัดซึ่งหน่วยความจำทุกไบต์มีความสำคัญ ภาษานี้ถูกออกแบบสำหรับระบบที่มี RAM น้อยกว่า 256KiB ไม่มี solid-state drive และมีพลังการประมวลผลต่ำกว่า 1 MIPS ในสภาวะที่รุนแรงเหล่านี้ แนวทางที่เรียบง่ายของ Forth และความสามารถในการให้ virtual memory, multithreading และเครื่องมือพัฒนาบนโปรเซสเซอร์ 8080 ด้วย RAM เพียง 64KiB ถือเป็นการปฏิวัติ
อย่างไรก็ตาม ความเป็นจริงทางเศรษฐกิจได้เปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก ไมโครคอนโทรลเลอร์สมัยใหม่เช่นซีรีส์ STM32 มี flash memory 512MiB, RAM 256KiB และพลังการประมวลผล 100MHz ในราคาต่ำกว่า 6 ดอลลาร์สหรัฐ ทำให้ข้อจำกัดด้านทรัพยากรที่ทำให้ Forth จำเป็นกลายเป็นสิ่งที่ล้าสมัยไปแล้ว แม้แต่ในการพัฒนา embedded นักพัฒนาสามารถ cross-compile จากเครื่องพัฒนาที่ทรงพลังแทนที่จะถูกบังคับให้พัฒนาโดยตรงบนฮาร์ดแวร์เป้าหมาย
การเปรียบเทียบต้นทุนฮาร์ดแวร์:
- ไมโครคอนโทรลเลอร์ MSP430 : RAM 2KiB, ราคา $7.40 USD
- ทางเลือก STM32 : RAM 256KiB, flash 512MiB, 100MHz, ราคา $5.59 USD
- ความแตกต่างด้านประสิทธิภาพ: CPU เร็วกว่า 1000 เท่า, RAM มากกว่า 1,000,000 เท่า
ความท้าทายในองค์ประกอบชุมชน
ชุมชน Forth ในปัจจุบันเผชิญกับปัญหาด้านประชากรศาสตร์ที่เป็นเอกลักษณ์ นักพัฒนา Forth ที่มีประสบการณ์หลายคนซึ่งใช้ภาษานี้เพื่อแก้ปัญหาที่ยากจริงๆ ในยุคทองได้ย้ายไปใช้เทคโนโลยีอื่นเช่น C หรือ VHDL ชุมชนปัจจุบันประกอบด้วยผู้มาใหม่ส่วนใหญ่ที่หลงใหลใน Forth ในฐานะความท้าทายทางปัญญามากกว่าเครื่องมือที่ใช้ได้จริง
การเปลี่ยนแปลงนี้สร้างช่องว่างความรู้ที่บทเรียนและทรัพยากร Forth หลายอย่างถูกเขียนโดยผู้ที่ชื่นชอบซึ่งไม่เคยประสบกับพลังการแก้ปัญหาดั้งเดิมของภาษา แนวคิดสำคัญเช่น immediate words, การจัดการสตริงโดยไม่ต้องจัดสรร heap และการสร้างภาษาเฉพาะโดเมนมักได้รับการครอบคลุมไม่เพียงพอในเอกสารเบื้องต้น
อุปสรรคทางเทคนิคสำหรับผู้มาใหม่
การจัดการสตริงเป็นหนึ่งในอุปสรรคที่สำคัญที่สุดสำหรับโปรแกรมเมอร์ Forth มือใหม่ ไม่เหมือนกับภาษาสมัยใหม่ที่มีการจัดการสตริงในตัว Forth ต้องการการจัดสรรบัฟเฟอร์และการจัดการตัวอักษรด้วยตนเองคล้ายกับการเขียนโปรแกรม C งานง่ายๆ เช่นการอ่านบรรทัดจากไฟล์อาจกลายเป็นอุปสรรคใหญ่สำหรับนักพัฒนาที่คุ้นเคยกับความสะดวกของภาษาระดับสูง
สัญลักษณ์ postfix และโมเดลการทำงานแบบ stack-based ของภาษา แม้จะสง่างามทางคณิตศาสตร์ แต่สร้างเส้นโค้งการเรียนรู้ที่สูงชัน โครงสร้างการควบคุมการไหลเช่นคำสั่ง IF-THEN-ELSE ทำงานผ่าน immediate words ที่ทำงานในเวลาคอมไพล์ ซึ่งเป็นแนวคิดที่ท้าทายนักพัฒนาที่คุ้นเคยกับรูปแบบการเขียนโปรแกรมแบบดั้งเดิม
คุณสมบัติทางเทคนิคหลักของ Forth :
- สถาปัตยกรรมแบบสองสแตก (data stack + return stack)
- รูปแบบการเขียนแบบ postfix (3 4 + แทนที่จะเป็น 3+4)
- คำสั่ง immediate สำหรับการทำงานในเวลาคอมไพล์
- สภาพแวดล้อมการพัฒนาแบบ self-hosting
- ความสามารถในการสร้างภาษาเฉพาะโดเมน
แอปพลิเคชันสมัยใหม่และทางเลือก
แม้จะมีความท้าทายเหล่านี้ Forth ยังคงมีความเกี่ยวข้องในช่องทางเฉพาะ ภาษาสคริปต์ของ Bitcoin ใช้ไวยากรณ์แบบ Forth และนักพัฒนาบางคนยังเลือกใช้สำหรับการสำรวจไมโครคอนโทรลเลอร์และการสร้างต้นแบบฮาร์ดแวร์อย่างรวดเร็ว ความสามารถของภาษาในการสร้างภาษาเฉพาะโดเมนผ่าน immediate words ยังคงไม่มีใครเทียบได้ในแง่ของความเรียบง่ายและพลัง
แนวคิดการเขียนโปรแกรมแบบ stack-based ยังมีอิทธิพลต่อเทคโนโลยีสมัยใหม่ Java Virtual Machine และ WebAssembly ทั้งคู่ใช้สถาปัตยกรรม stack-machine ที่คล้ายกับแนวทางของ Forth แม้ว่าจะถูกนำไปใช้ในภาษาที่เป็นที่ยอมรับมากกว่ามากกว่า Forth เอง
Forth ถูกออกแบบมาเพื่อทำให้สิ่งง่ายๆ เป็นเรื่องง่าย และสิ่งยากๆ เป็นไปได้ ปัญหาที่สองคือปัญหาทางสังคม: อันเป็นผลจากปัญหาแรก คนที่เคยใช้ Forth เพื่อจุดประสงค์นั้นส่วนใหญ่ได้หนีไปหาทุ่งหญ้าที่เขียวกว่าแล้ว
สภาพแวดล้อมเป้าหมายดั้งเดิมของ Forth :
- หน่วยความจำ: ต่ำกว่า 256KiB RAM
- การประมวลผล: ต่ำกว่า 1 MIPS
- การจัดเก็บข้อมูล: ต่ำกว่า 10MB ฮาร์ดดิสก์หรือฟลอปปี้ดิสก์
- การพัฒนา: จำเป็นต้องเขียนโปรแกรมโดยตรงบนเป้าหมาย
แนวโน้มอนาคต
เส้นทางข้างหน้าสำหรับ Forth ดูเหมือนจะอยู่ที่การยอมรับบทบาทของมันในฐานะเครื่องมือเฉพาะทางมากกว่าการแข่งขันในฐานะภาษาอเนกประสงค์ คุณค่าของมันในบริบทการศึกษาสำหรับการทำความเข้าใจการคำนวณแบบ stack-based ประโยชน์ในสภาพแวดล้อมที่มีทรัพยากรจำกัดอย่างมาก และความยืดหยุ่นที่ไม่มีใครเทียบได้สำหรับการสร้างภาษาเฉพาะโดเมนแบบ embedded รับประกันความเกี่ยวข้องที่ต่อเนื่อง
อย่างไรก็ตาม การยอมรับในวงกว้างของภาษาเผชิญกับลมต้านอย่างมากจากทั้งวิวัฒนาการทางเทคนิคและปัจจัยทางสังคม สภาพแวดล้อมการพัฒนาสมัยใหม่เสนอทางเลือกที่ทรงพลังซึ่งแก้ปัญหาเดียวกันที่ Forth เคยแก้ได้เป็นเอกลักษณ์ แต่ด้วยเส้นโค้งการเรียนรู้ที่อ่อนโยนกว่าและการสนับสนุนจากชุมชนที่กว้างขวางกว่า
การอภิปรายที่กำลังดำเนินอยู่สะท้อนความตึงเครียดที่กว้างขวางกว่าในวิวัฒนาการของภาษาโปรแกรมระหว่างความสำคัญทางประวัติศาสตร์และประโยชน์ใช้สอยเชิงปฏิบัติ โดยมี Forth ทำหน้าที่เป็นกรณีศึกษาที่น่าสนใจเกี่ยวกับวิธีที่เศรษฐศาสตร์ฮาร์ดแวร์ที่เปลี่ยนแปลงสามารถปรับโครงสร้างระบบนิเวศการเขียนโปรแกรมทั้งหมดใหม่ได้
อ้างอิง: Skip Forth