Tcl-Tk漫谈.doc

Tcl/Tk 漫谈摘要Tcl/Tk 是一种简明，高效，可移植性好的编程语言。在信息产业领域具有广泛的应用。本文介绍其成长历史，特点，优势及应用范围。关键词Tcl/Tk, 组件，可移植性Tcl/Tk 的发明人 John Ousterhout 教授在八十年代初，是伯克利大学的教授。在其教学过程中，他发现在集成电路 CAD 设计中，很多时间是花在编程建立测试环境上。并且，环境一旦发生了变化，就要重新修改代码以适应。这种费力而又低效的方法，迫使 Ousterhout 教授力图寻找一种新的编程语言，它即要有好的代码可重用性，又要简单易学，这样就促成了 Tcl (Tool Command Language) 语言的产生。Tcl 最初的构想的是希望把编程按照基于组件的方法 (component approach)，即与其为单个的应用程序编写成百上千行的程序代码，不如寻找一个种方法将程序分割成一个个小的, 具备一定“完整”功能的，可重复使用的组件。这些小的组件小到可以基本满足一些独立的应用程序的需求，其它部分可由这些小的组件功能基础上生成。不同的组件有不同的功能，用于不同的目的。并可为其它的应用程序所利用。当然, 这种语言还要有良好的扩展性, 以便用户为其增添新的功能模块。最后，需要用一种强的，灵活的“胶水”把这些组件“粘”合在一起, 使各个组件之间可互相“通信”，协同工作。程序设计有如拼图游戏一样，这种设计思想与后来的 Java 不谋而合。终于在 1988 年的春天, 这种强大灵活的胶水 - Tcl 语言被发明出来了。按照 Ousterhout 教授的定义， Tcl 是一种可嵌入的命令脚本化语言 (Command Script Language)。“可嵌入”是指把很多应用有效，无缝地集成在一起。“命令”是指每一条 Tcl 语句都可以理解成命令加参数的形式：命令 参数 1 参数 2 参数 3 参数 4 . 参数 N脚本化是指 Tcl 为特殊的，特定的任务所设计。但从现在角度看，可以说 Tcl 是一种集 C 语言灵活强大的功能与 BASIC 语言易学高效的风格于一身的通用程序设计语言。Tk (Tool Kit) 是基于 Tcl 的图形程序开发工具箱, 是 Tcl 的重要扩展部分。Tk 隐含许多 C/C+ 程序员需要了解的程序设计细节, 可快速地开发基于图形界面 Windows 的程序。据称, 用 Tcl/Tk 开发一个简单的 GUI 应用程序只需几个小时, 比用 C/C+ 要提高效率十倍。需要指明的是这里所说的“窗口”是指 Tcl 定义的窗口，与 X-Windows 与 MS Windows 的定义有所不同，但它可完美地运行在以上两个系统上。下面看一下 Tcl 的总体结构图（注：图中的黑方块代表组件）：Tcl 语言的结构设计图下面就 Tcl 语言的特点分别加以介绍。一，“可信赖的”可移植性Tcl 是一种高级程序设计语言。它将程序设计概念高度抽象，真正地把程序设计与操作系统底层结构隔开，因此不依赖于任何平台，具有良好的可移植性。相反，虽然 C 语言也是一种可移植性好的语言，但由于其设计时，保留对系统底层的操作，程序就有了“依赖性”，再加上其“开放”的策略，各个厂家“各自为政”，争先制定“标准”，结果造成版本众多，互不兼容。而 Tcl 却非常的“单纯”，“标准”也只有一个。是否100% 的“纯”是程序设计语言可移植性的先决条件。“可信赖”是我给加的。笔者曾有过这样的经验，将一个上万行的，在 SUN 上用 Tcl 开发的 GUI 程序移植到 NT 平台, 竟未改一行 Source Code。相反, 笔者也曾将一个基于 Java 的几百行的一个搜索引擎程序移植到 NT 平台, 结果发现涉及文件系统，汉字处理的模块必须做出一个 NT 版本才能正确执行。Tcl 是用 C 语言开发的。它现在可运行在 Unix，Windows 和 Macintosh 等各种平台上。二，较高的执行效率Tcl 常用的功能模块被编译生成 C 的库文件。因此， Tcl 虽然是按解释方式执行的, 但多数执行代码调用的是编译成机器语言的 C 库文件, 因此其执行效率仍然很高。笔者曾分别用 C+，Java 和 Tcl 编写了 grep 串匹配查找程序，对一个六万行, 长度为 15MB 的字典文件，用同一模板从文件首进行串查找，用时分别为 C+ (53s)，Tcl (69s)，Java (287s)。测试环境为：硬件：SUN SPARCWorkstaion 5软件：SUN C+ Compiler 4.2，JDK 1.15，Tcl/Tk 7.6另外，由于 Tcl 是用解释方式执行的，其扩展和修改应用是在执行过程当中, 比 Microsoft 的 OLE 的静态的对象嵌入连接更具灵活性。例如，一个电子表格程序每次执行时可动态的更新表格中来自被数据库应用程序修改过的数据。三，简单易学Tcl 语言简单易学，与 C 语言的风格有相似的流程控制语句，支持过程化结构。但它也有其本身的风格特点。如隐含了数据类型，即没有了字符, 整数, 浮点，数组等的差别，全为统一的变量。变量间赋值仍有数据类型间的强制或缺省转换。取消了变量的定义，在程序体的任何部分，都可顺手“抓来”变量。如果用户有 C 语言的基础, 注意一下 Tcl 的变量定义方法，花一天的时间, 即可基本掌握。没有 Windows 编程经验的的人（你完全可以没有 X-Windows 或 MS Windows 的概念）, 也可在几天之内, 参照一些范例程序编出跨平台的 Windows 窗口程序来。正如每一种语言都以“Hello World”做为其第一个程序, 让我们看看 Tcl/Tk 的“Hello World”:button .b -text Hello World! -command exitpack .b程序的运行结果是：这简简单单的两行命令，就已经实现了一个窗口程序所具有的全部功能，并且它还可以不加任何修改地运行在 X-Windows 和 MS Windows 系统上。四，与操作系统的集成Tcl 还提供以 Shell 的方式与操作系统集成在一起。如同包裹在原来系统 Shell 外的又一层 Shell。这样，你即可运行所有的操作系统命令，同时又可运行 Tcl 的命令，从而克服了一般 Unix Shell script 的编程复杂, 可移植性差的缺点，以及在 MS Windows 系统下没有脚本开发语言的缺憾，实现了“强强合作”。下面就 Tcl 与经典的的程序设计语言 C+，及现在时髦的 Java 做一些比较。C+，Tcl/Tk 和 Java 的性能比较表C+Tcl/TkJava运行程序速度快与 C+ 可比慢 调试难易程度复杂每次修改完代码需重新编译简单修改完代码可直接运行比较简单修改完代码需重新编译成 ByteCode， 而且编译速度很慢程序代码复杂程度以上面的 grep 为例复杂50 行程序代码简明10 行程序代码比较简单40 行程序代码系统资源占用情况200MB HD32MB Memory3MB HD4MB Memory20MB HD4MB Memory代码可维护性好一般较好可移植性较好非常好好学习难度复杂，难掌握简单易学有一定难度，需要有面向对象程序设计的概念Ousterhout 教授被 SUN 于 1994 年召致麾下，加入 SUNLab，领导一个小组从事将 Tcl 移植到所有其它平台的工作，如 Windows 和 Macintosh。同时为 Tcl 增加了 Safe-Tcl 安全模块, 并为浏览器的开发了 Tcl plug-in，以及支持 Java bytecode 的编译器，大字符集，新的 IO 接口，与 Java 的计算平台相连等。Tcl 还有自己的浏览器。在面向对象程序设计占主导地位的今天，又开发了支持面向对象的 incr Tcl。为了鼓励各厂商开发第三方的程序，Tcl 的源代码可免费下载。所有这些努力使 Tcl 成为一个适应当代信息产业潮流的，支持多平台的，优秀的的开发语言。“小巧，易学，高效，跨平台执行”是 Tcl 语言特点的集中体现。实际上，Tcl 不仅仅在开发小的应用程序上有其快速，可维护强的优势，在大的应用系统方面，如操作系统及网络管理，测试系统，自控，仿真，可视化应用，计算机辅助设计等都有丰富的应用成果。在商业应用方面，如 SYBASE 公司花费上千万美金的数据库自适应测试系统, Cygnus 公司著名的集软件工程管理, 源代码控制于一体的 Source Navigator，以及 Cayenne Soft 的协同工作组件 Object Team 等等都是应用 Tcl/Tk 开发的。Tcl/Tk 还在美国的许多大学及实验室中得到了广泛的应用。“script once, run everywhere”是 Tcl 的口号，与 Java 的“Code once, run everywhere”形成对照。也许是不甘 Tcl 寄篱于 Java 之下的缘故吧, Ousterhout 教授于 1998 年初，离开了 SUN，自立 Scriptics 公司，继续 Tcl/Tk 的研究和开发工作。最后演示一个产生国标码表的完整的 Tcl 程序，相信即使那些没有使用过 Tcl 语言的人，也感受一下其鲜明的风格特点吧！#!/export/home/tcl/bin/tclsh# 判断参数是否输入正确if $argc != 1 error Usage: gen-gb FileName# 打开写入文件set f open lindex $argv 0 w# 设置国标码区号set sect 0xa1for set i 1 $i = 94 incr i # 设置国标码位号set bits 0xa1# 写文件puts -nonewline $f format %2d expr $sect-0xa0puts $f 区for set j 1 $j = 94 incr j puts -nonewline $f forma