突破結構化設計測試記錄
曾慶潭 Ching-Tang Tseng
ilikeforth@gmail.com
Hamilton, New Zealand
2 March 2026
本文係 eForth32 系統中的測試記錄。
這是一個反其道而行的論題，程式設計觀念的演變是由原本可以非結構化的規格，演進到現代的強調要結構化，為了防止程式被執行期間因特例而出問題，且易於與人溝通，我也同意設計程式時應該結構化。然而，作為一個 FORTH 自由程式語言的使用者，根本不喜歡別人來干涉我的程式結不結構化？非結構化術語的存在意味著它應有存在的權力，這個自由也不應該被澈底剝奪。我個人的觀點則是：設計程式時應該盡量達到結構化的要求，但在萬一想直接引用前人設計出來的好程式，卻遇到了非結構化的情況，自己又不想大張旗鼓的重改其結構，則應該仍讓我擁有非結構化的權力。
所謂『結構化』，指的是程式執行流程若以繪線來表示，一些迴路或條件分支會形成封閉的迴圈，這些迴圈之線互不相交者就稱之為『結構化』，會相交者就是『非結構化』。舉例而言，早期的 FORTRAN、BASIC ..... 等程式語言，古今所有的 ASSEMBLY 程式語言，都是非結構化程式語言，近代的 BASIC、C++、FORTH ..... 則是結構化程式語言。我們可以這樣認為，所有的程式語言，原本都可由 ASSEMBLY 發展出來，包括其自身亦然。既然 ASSEMBLY 原本即有非結構化之本質，換句話說，程式語言就是有非結構化的天性，是人為的安排使之只能以結構化規格使用的，通常均因系統設計者在編譯程式(Compiler)中加了限制所致，否則所寫的程式無法通過編譯。
如果我們清楚了前述這些情況，當然就很容易了解，一般程式語言一旦有結構化要求之後，就很難再以不結構化方式設計程式了。 FORTH 不然！這也是一項它與一般程式語言有所不同的地方。通常一個市售的標準 FORTH 系統，編譯程式內也設計了結構化檢查的功能，但 FORTH 系統沒有使用者不得操控編譯程式或執譯程式(Interpreter)的嚴格限制，只要你有本事，你就可以進行隨心所欲的彈性運用，重點則在不要破壞了系統或毀了自己的設計。 FORTH 給你這種權力，但後果自行負責，是真正名符其實的『自由程式語言』。
許多年前，我在使用 FORTH 設計數值分析程式時，曾想直接引用一個 Gauss 法求解多元聯立方程式的 FORTRAN 程式，就遭遇到非結構化的問題，當時不想修改程式來適應系統，卻想操控 FORTH 系統來磨練本領，因此將問題提交到中山科學研究院舉辦的週五研討會上討論，陳爽提供了解答，他不愧為 FORTH 系統的個中好手，詳細的說明系統性能，並設計出解決方法，對此後的所有 FORTH 系統是否永久有效？ 不能保證，特此聲明。此段記述納入這篇短文，目的在除了不該掠人之美外，也期盼在 FORTH 發展逐漸式微的今天，能與大家分享這個早年不易散播的技術資料。
在正常情況下，這種破壞結構化的程式設計是不被許可的，因為程式無法適應編譯程式，一般 FORTH 系統遇到此一情況，通常會顯示錯誤訊息，且無法通過編譯。我最近均努力於發展 eForth32 系統的應用程式，在一次偶然的試用中，發現這種程式可以通過此系統的編譯，但當然無法被正確執行，原因是 eForth32 非商售的標準系統，它可以不對出此錯事負責，系統為了精簡設計，在編譯結構化分支指令時不設計彼此配對的識別碼，這也是此系統跑得很快的原因之一。
無論 FORTH 系統結構為何？如果瞭解 FORTH 系統在編譯時的一項重點，這個破壞結構化以迎合自己要求的問題就可以解決，此一重點就是──『FORTH在編譯時不用回返堆疊來傳遞參數，反而使用數據堆疊來傳遞參數』。 FORTH 系統在編譯到結構化指令時，通常由於該類指令必須成對使用的要求，會在數據堆疊上留下兩個數值。一是成對要求的識別碼，例如： IF 配 THEN 有一代表碼， DO 配 LOOP 是另一代表碼。另一數值則為結構分支所需的位址值，以便分支指令可以據以編譯入系統。必須特別強調的是， eForth32 系統則簡化成只有一個位址值。
根據這個特點，我們就可以指揮系統但不破壞系統來完成我們的要求，可以形成迴路的指令不僅只是一兩個，我們不宜一一舉例來長篇討論，讀者應舉一能反三，自行活用，須要時仔細拜讀系統結構化指令的詳細內容，也就不可或免。本文僅舉一簡單例子，並設計程式測試，以驗證無誤，提供讀者日後引用時參考。設計驗證的方法也是另類技術，在正式引用前所應先行完成的工作。
例如：我們希望一個 IF ..... THEN 的結構能與 BEGIN ..... UNTIL 結構相跨，還能讓程式正常的被執行。也就是希望程式寫成形同下列的格式，照樣可以被執行：
: NON-STRUCTURE
Statement-1
Flag-for-IF
IF Statement-2
BEGIN Statement-3
THEN Statement-4
Flag-for-UNTIL
UNTIL Statement-5 ;
分析過指令詳細內容後，我們可以發現，兩組結構化分支指令都各有一相關的位址值， IF 可能要跳往 THEN ， UNTIL 可能要回跳至 BEGIN 。系統在編譯到 IF 時會留下一個當時系統的位址在數據堆疊上，等到編譯 THEN 時，再將當時系統的位址回填入此堆疊上留下的位址內，完成一組結構化配對指令的要求。同理，系統編譯到 BEGIN 時，也會留下一個系統當時的位址在數據堆疊上，等到編譯 UNTIL 時，系統會安排一個條件分支指令，此留在數據堆疊上的位址，便會被填入此指令之後，以供須要跳躍分支時前往。如果我們不對留在數據堆疊上的兩個位址值進行處理，而仍能通過編譯，那麼編譯的結果，當然會造成跳至錯誤去處的現象， eForth32 系統即為如此。如果我們希望系統仍能編譯出正確的結果，那麼該處理的對象也就是在數據堆疊上所留下的位址值，由上列程式的判讀，我們也可以得知，處理的時機在 BEGIN 與 THEN 之間，至於在 Statement-3 的前面或後面就不太重要了，端視 Statement-3 是否也會在數據堆疊上留下參數而定，因此較妥善的位置，應該是就緊接在 BEGIN 位置之後，處理的方法為在程式的這個位置插入一小段程式，宣告要求系統由編譯狀態轉入執譯狀態，然後立刻執行翻轉數據堆疊頂部當時被留置下來的兩個數值，末了再宣告系統恢復原有的編譯狀態，繼續編譯，這樣就可以人為的方式騙過系統，好像不曾發生過事情一般，完成正常編譯，而且程式可以執行。所添加的三個指令並不會增加系統的編譯量，因為它們在執譯狀態時立即被執行掉了。對 eForth32 系統而言，改寫後的程式如下：
: NON-STRUCTURE
Statement-1
Flag-for-IF
IF Statement-2
BEGIN [ SWAP ] Statement-3
THEN Statement-4
Flag-for-UNTIL
UNTIL Statement-5 ;
至於一般 FORTH 系統，因為多了一組配對識別碼的關係，此處的 SWAP 要改成 2SWAP (不保證都有效！） 。我們就根據原描述程式，設計驗證程式如下：
VARIABLE flag-for-IF -1 flag-for-IF !
VARIABLE flag-for-UNTIL -1 flag-for-UNTIL !
: Statement-1 .” Statement-1 ” ;
: Statement-2 .” Statement-2 ” ;
: Statement-3 .” Statement-3 ” ;
: Statement-4 .” Statement-4 ” ;
: Statement-5 .” Statement-5 ” ;
: NON-STRUCTURE
Statement-1
Flag-for-IF
IF Statement-2
BEGIN [ SWAP ] Statement-3
THEN Statement-4
KEY?
UNTIL Statement-5 ;
注意！我們用 KEY? 取代了該處原本應該設計的一個可調內容之旗標變數 flag-for-UNTIL ，原因無它， BEGIN ..... UNTIL 如果被編譯完成且被執行， UNTIL 前列的變數就不再有可被調變的機會，它將形成一個永不終止的無限迴路，因此改用 KEY? 來人為控制。這個指令很好用，它是呈現出鍵盤可以被當作一個即時性(Real-time control)控制器使用的專門指令，它具有 FORTH 即時性控制的精神本質。
執行上述編譯完成的程式後，可以根據螢幕上列印出來的文字，判斷你所設計的程式正確與否？此處所舉的例子僅代表本文論述的問題可以被很技巧的解決，至於任意結構化指令的隨意混組，又想要突破其結構化限制，如何解決？則應視情況而定，了解指令執行機制，仿照本文敘述，找到處理對象、處理位置與處理方法並不困難，這不是一件經常要做的事情，不須強記，只須留下本文以供日後需要時參考，另外，則應記得 FORTH 經常與眾不同，它可以變化萬千。
執行上述編譯完成的程式後，可以根據螢幕上列印出來的文字，判斷你所設計的程式正確與否？此處所舉的例子僅代表本文論述的問題可以被很技巧的解決，至於任意結構化指令的隨意混組，又想要突破其結構化限制，如何解決？則應視情況而定，了解指令執行機制，仿照本文敘述，找到處理對象、處理位置與處理方法並不困難，這不是一件經常要做的事情，不須強記，只須留下本文以供日後需要時參考，另外，則應記得 FORTH 經常與眾不同，它可以變化萬千。
