FOCAL

Что такое FOCAL?

FOCAL (FOrmula CALculator) — интерпретируемый язык программирования высокого уровня, разработанный в 1968 году компанией Digital Equipment Corporation (DEC) для мини-ЭВМ серии PDP. По замыслу создателей, он должен был стать простым и удобным средством для математических и инженерных расчётов, альтернативой более громоздкому FORTRAN.

Язык получился настолько лёгким в реализации, что его интерпретатор требовал всего 4–8 КБ оперативной памяти — по тем временам это был настоящий подвиг. Именно эта экономичность сделала FOCAL невероятно популярным в СССР, где его портировали на множество отечественных ЭВМ — от «СМ ЭВМ» до «Электроники-60» и машин на базе процессора К1801ВМ1, например БК 0010.

Интересный факт: в США FOCAL не прижился — ему предпочли более мощный BASIC. А вот в Советском Союзе он стал настоящим «народным языком» для научных лабораторий и заводских цехов.

Уровень языка: между ассемблером и C

По своей абстракции FOCAL стоит заметно выше машинного языка (ассемблера) и даже выше чистого C. Он оперирует переменными, функциями, циклами и условиями, скрывая от программиста регистры и управление памятью. При этом из-за интерпретируемого характера он работает медленнее компилируемых языков, но позволяет быстро тестировать алгоритмы.

Структура программы: нумерованные строки

Программа на FOCAL состоит из пронумерованных строк. Номер строки — это десятичное число, например 1.10. Целая часть обычно обозначает блок (логически связанную группу), а дробная — конкретную строку внутри блока.

Пример простейшей программы:

1.10 ASK X
1.11 TYPE !, X

Эта программа запрашивает у пользователя число X (строка 1.10), а затем выводит его на экран с переводом строки (строка 1.11). Символ ! — это управляющий код перевода строки.

Важное правило: строки внутри блока могут быть не подряд, например 1.10, 1.15, 1.20 — это допустимо. Интерпретатор выполняет их в порядке возрастания номеров.

Основные Операторы FOCAL

Оператор	Синтаксис	Действие
ASK	ASK X	Ввод числа с клавиатуры в переменную X
TYPE	TYPE !, "текст", X	Вывод данных на экран. ! — перевод строки, # — возврат каретки, $ — вывод списка всех переменных
SET	SET X = 5	Присваивание значения переменной
GO	GO 2.10	Безусловный переход на указанную строку
IF	IF X, 10.1, 20.2, 30.3	Условный переход: первая метка — для X<0, вторая — для X=0, третья — для X>0
FOR	FOR X = 1, 1, 10	Цикл по X от 1 до 10 с шагом 1. После окончания цикла управление переходит на строку, следующую за FOR
DO	DO 5.10	Вызов подпрограммы, начинающейся с указанной строки. Возврат — по оператору RETURN
RETURN	RETURN	Возврат из подпрограммы, вызванной DO
QUIT	QUIT	Завершение работы программы
WRITE	WRITE 3	Вывести на экран строку с номером 3
ERASE	ERASE 2, TEXT	Удалить строку 2 (или все строки с текстом, или все переменные)
COMMENT	COMMENT Это комментарий	Комментарий
MODIFY	MODIFY 4.10	Перейти в режим редактирования строки 4.10
EXECUTE	EXECUTE FCHR(65)	Выполнить функцию без присваивания результата

Математические функции

FOCAL предоставлял набор встроенных математических функций (все они начинались с буквы F):

• FSIN(X), FCOS(X), FTAN(X) — тригонометрические (аргумент в радианах)
• FASIN(X), FACOS(X), FATAN(X) — обратные тригонометрические
• FLOG(X), FLOG10(X) — натуральный и десятичный логарифмы
• FEXP(X) — экспонента
• FSGN(X) — знак: -1, 0, 1
• FITR(X) — целая часть
• FABS(X) — модуль
• FSQT(X) — квадратный корень
• FRAN() — случайное число (обычно от 0 до 1)
• FCLK() — количество тактов (часто используется для задержек)
• FCHR(n) — при n>0 печатает символ с кодом n, при n<0 ожидает ввод символа и возвращает его код

Как программировали условия без логических операторов?

Любопытная особенность: в классическом FOCAL не было операторов сравнения (>, <, =) в привычном виде. Вместо них использовался трёхпозиционный IF. Чтобы проверить, равно ли X нулю, писали:

IF X, 10.2, 10.1, 10.2

А чтобы проверить X > 0:

IF X, 10.1, 10.1, 10.2

Существовали готовые «шаблоны» для всех отношений:

Условие	Конструкция IF
X = Y	IF X-Y, 10.2, 10.1, 10.2
X ≠ Y	IF X-Y, 10.1, 10.2, 10.1
X > Y	IF X-Y, 10.2, 10.2, 10.1
X < Y	IF X-Y, 10.1, 10.2, 10.2

Неожиданный факт: Это не было упущением, а сознательным решением. Такой подход укладывался в 4-килобайтный интерпретатор и был очень эффективен по памяти.

Переменные и типы данных

В FOCAL существовал единственный тип данных — вещественное число двойной точности (диапазон примерно от 10⁻³⁸ до 10³⁸). Имена переменных — латинские буквы (иногда с цифрой, например A1). Отсутствие строкового типа компенсировалось функцией FCHR() и возможностью ввести строку как число — в этом случае в переменную попадал закодированный код, где каждая буква давала вклад, пропорциональный её номеру в алфавите.

Пример кодирования:
Если на запрос числа ввести «NO», то система посчитает:
14*10¹ + 15*10⁰ = 155. Да, так тоже можно было программировать!

Пользовательские функции (хитрость с FSBR)

Функция FSBR(n, arg) позволяла эмулировать пользовательские функции. Номер строки n — это начало подпрограммы, которой присваивается специальная переменная &. После выполнения подпрограммы FSBR возвращает значение &.

Пример — вычисление котангенса:

1.10 ASK X
1.12 LET R = X * 3.14159 / 180
1.14 TYPE "ctg( ", X, " ) = ", FSBR(5, R)
1.16 QUIT

5.10 & = 1 / FTAN(&)

Коды ошибок

В советской версии ФОКАЛа сообщения об ошибках выглядели так:

Код	Значение
0	Перезапуск системы
1	Неверный номер строки
2	Неизвестная функция или переменная
3	Непарные скобки
4	Неправильный оператор
5	Строка не существует
6	Строка не существует
7	Ошибка присваивания / цикла
8	Отсутствует оператор или отношение
9	Переполнение
10	Программа слишком длинна
11	Слишком много переменных
12	Слишком больше число
13	Ошибочный адрес
14	Деление на ноль
15	Слишком большая или маленькая экспонента
16	Слишком много символов во вводе
17	Квадратный корень из отрицательного числа
18	Переполнение