Smalltalk-80 是一种由 Xerox Palo Alto Research Center（PARC）开发的面向对象编程语言和环境，最初由 Alan Kay、Dan Ingalls、Adele Goldberg 等人设计。它于 1970 年代末期首次公开发布，是 Smalltalk 系列中的第一个版本，并在 1980 年代成为衡量面向对象编程语言的重要标准之一。Smalltalk-80 不仅是一种编程语言，更是一个完整的集成开发环境，其核心理念是通过对象、消息传递和反射机制来实现软件开发的灵活性和可扩展性。
1. Smalltalk-80 的基本概念
Smalltalk-80 的核心思想是“一切皆为对象”（Everything is an object）。在 Smalltalk 中，所有数据和代码都表示为对象，包括数字、字符串、类、方法等。每个对象都是某个类的实例，而类则定义了对象的属性和行为。对象之间通过发送消息进行通信，这是 Smalltalk 的核心机制之一。例如，3 + 4 实际上是向数字对象 3 发送了一个 + 消息，并将 4 作为参数传递给它。
Smalltalk-80 的语法非常简洁，只有六个关键字：true、false、nil、self、super 和 thisContext。这些关键字用于表示布尔值、空对象、当前对象、超类方法和当前方法激活上下文。Smalltalk 的表达式可以包含多个消息发送，遵循简单的运算符优先级规则，但需要注意的是，运算符本身并不是语言的一部分，而是由对象定义的。
2. Smalltalk-80 的系统结构
Smalltalk-80 的系统结构由以下几个部分组成：
- 虚拟机（Virtual Machine） ：Smalltalk-80 的核心是其虚拟机，它负责执行字节码并管理资源，如内存、时间、文件和图形。虚拟机的实现通常包括一个解释器、存储管理器和原始子程序（Primitive Subroutines）。
- 映像文件（Image File） ：Smalltalk-80 的程序状态保存在一个称为“映像”的文件中。这个映像文件包含了整个程序的运行时状态，包括所有对象、类、方法和开发工具。当程序启动时，虚拟机会加载这个映像文件，并从中恢复程序的状态。
- 源代码文件：Smalltalk-80 的源代码文件包含了所有基本对象所需的 Smalltalk 源代码。这些源代码可以被编译成方法对象，然后加载到映像中。
- 变化文件（Changes File） ：这个文件记录了用户对映像文件的所有修改，包括新添加的对象和类。它允许用户在不重新编译整个系统的情况下更新程序。
3. Smalltalk-80 的关键特性
（1）面向对象编程
Smalltalk-80 是一种纯面向对象的语言，支持动态类型和动态绑定。所有值都是对象，包括基本类型如整数、布尔值和字符。程序员可以通过继承和多态来扩展和修改现有类的行为。
（2）反射机制
Smalltalk-80 提供了两种反射机制：结构性反射和计算性反射。结构性反射允许程序在运行时检查和修改类和对象的结构，例如查看类的继承关系、方法列表等。计算性反射则允许程序在运行时访问和修改程序的执行状态，例如通过 thisContext 变量访问当前方法的激活上下文。
（3）动态类型和动态绑定
Smalltalk-80 支持动态类型和动态绑定，这意味着程序可以在运行时决定对象的类型和方法。例如，当一个对象接收到一个未实现的消息时，虚拟机会发送 doesNotUnderstand: 消息，允许用户在系统内重新定义代码并继续运行。
（4）图形用户界面（GUI）
Smalltalk-80 是第一个支持图形用户界面的编程语言。它提供了一个交互式的文本和图形编辑器、编译器、调试器和文件系统管理工具。用户可以通过图形界面与系统进行交互，而不需要编写复杂的命令行代码。
（5）模块化和可扩展性
Smalltalk-80 的设计强调模块化和可扩展性。用户可以轻松地修改和优化代码，添加新的类和方法，并通过继承机制扩展现有类的行为。这种灵活性使得 Smalltalk-80 适用于各种规模的应用程序开发。
4. Smalltalk-80 的历史与发展
Smalltalk-80 的开发始于 1970 年代，由 Xerox PARC 的研究人员设计和实现。1979 年，Smalltalk-80 被推广到 PARC 之外的计算机科学家，成为第一个公开发布的 Smalltalk 版本。1983 年，Smalltalk-80 版本 2 发布，引入了虚拟机规范和映像文件，使得 Smalltalk-80 可以在不同平台上运行。1988 年，Xerox PARC 成立了分拆公司 ParcPlace Systems，以推动 Smalltalk-80 的商业化。
5. Smalltalk-80 的影响
Smalltalk-80 对现代编程语言和开发环境产生了深远的影响。它启发了 Java、Objective-C、Python 等语言的设计，并对面向对象编程（OOP）方法学的发展起到了重要作用。Smalltalk-80 的许多概念，如反射、动态类型、图形用户界面等，至今仍被广泛应用于现代编程语言和开发工具中。
6. Smalltalk-80 的现代实现
尽管 Smalltalk-80 在 1980 年代后逐渐淡出主流，但它仍然在一些领域中得到应用。例如，Squeak 是一个现代开源的 Smalltalk 实现，具有高度可移植性，广泛应用于教育、研究和商业领域。Dolphin Smalltalk 是 Object Arts 为 Windows 平台开发的 Smalltalk 实现，以其集成的开发环境和丰富的工具集而著称。此外，GNU Smalltalk 是一个基于 Smalltalk-80 语言的开源实现，强调快速原型设计功能，适用于编写复杂程序。
总结
Smalltalk-80 是一种革命性的面向对象编程语言和环境，它通过对象、消息传递和反射机制实现了软件开发的灵活性和可扩展性。它不仅在 1980 年代对计算机科学产生了深远影响，而且至今仍被广泛应用于教育、研究和商业领域。Smalltalk-80 的设计理念和实现方式为现代编程语言和开发工具提供了重要的参考和借鉴