如何修改gforth的fibsum实现以正确使用返回栈？

学习Gforth时，我已经用多种方式实现了Fibonacci序列，下面是计算指定阶数内所有Fibonacci值之和的fibsum的三种实现。Fibonacci序列为：0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89，fibsum的输出序列为：0 1 2 4 7 12 20 33 54 88 ....

第一种实现（循环式，依赖全局变量） #

variable fbsum
: fibsum ( u -- u.sum ) { p } 0 1 \ Fibonacci-Sum.
\ This sums the first u values of the Fibonacci sequence.
0 fbsum !
p 0= if drop dup else 1 fbsum ! endif
p 1 u+do
 over over +
 dup fbsum +!
 rot drop
loop
2drop fbsum ? ;

第二种实现（递归+循环，依赖全局变量） #

variable fbsum
: fibsum2x ( u -- u.sum ) { p } 0 1 \ Fibonacci recursive (1)
p dup 1 > if
  dup 1- recurse swap
  2 - recurse +
  nip nip
else
  p 1 = if 1 fbsum +! endif \ Here p matches the argument to the top call!
  nip nip
endif ;
: fibsum2 ( u -- u.sum ) \ Fibonacci-Sum.
\ This sums the first u values of the Fibonacci sequence.
{ m }
0 fbsum !
m 1+ 1 u+do
  i fibsum2x drop
loop
fbsum ? ;

第三种实现（递归+循环，依赖全局变量） #

variable fbsum
: fibsum3x ( u -- u.sum ) { p } 0 1 \ Fibonacci recursive (2)
p dup 1 > if
  dup 1- recurse swap
  2 - recurse +
  nip nip
else
  \ p 1 = if 1 fbsum +! endif \ Here p matches the argument to the top call!
  nip nip
endif ;
: fibsum3 ( u -- u.sum ) \ Fibonacci-Sum.
\ This sums the first u values of the Fibonacci sequence.
{ m }
0 fbsum !
m 1+ 1 u+do
  i fibsum3x
  fbsum +!
loop
fbsum ? ;

可以看到我的代码未使用返回栈，且尝试使用时失败，请问如何修改上述代码以正确使用返回栈？

修改方案：用返回栈替代全局变量，实现无状态求和 #

返回栈在Forth中用于临时存储数据，避免数据栈被递归或循环操作打乱，核心操作包括：

• >r：将数据栈顶元素压入返回栈
• r>：将返回栈顶元素弹出到数据栈
• r@：读取返回栈顶元素，不弹出

1. 循环式实现（用返回栈存累加和）

移除全局变量fbsum，用返回栈维护累加状态：

: fibsum ( u -- sum )
    { p }
    p 0= if drop 0 exit then  \ 0阶和为0
    p 1= if drop 0 exit then  \ 1阶只有0，和为0
    0 1  \ 初始化前两个Fib数：a=0, b=1
    1 >r  \ 返回栈存入初始累加和（0+1=1）
    p 2 u+do
        over over + dup  \ 计算下一个Fib数c=a+b，复制一份用于累加
        r@ + >r  \ 累加和 += c，更新返回栈
        rot drop  \ 调整栈：将a替换为b，b替换为c
    loop
    2drop r>  \ 清理栈上的a、b，取出最终累加和
;

2. 递归式实现（用返回栈存递归参数）

用返回栈保存递归过程中的阶数参数，避免数据栈混乱，同时直接返回求和结果：

: fib-r ( n -- fib )
    dup 0= if drop 0 exit then
    dup 1= if drop 1 exit then
    1>r  \ 将当前n压入返回栈暂存
    1- recurse  \ 计算fib(n-1)
    r> 2- recurse +  \ 取出n，计算fib(n-2)并求和得到fib(n)
;

: fibsum ( u -- sum )
    dup 0= if drop 0 exit then
    dup 1= if drop 0 exit then
    1>r  \ 暂存当前u
    fib-r  \ 计算fib(u)
    r> 1- fibsum +  \ 取出u，求和sum(u-1) + fib(u)
;

修改核心要点

• 彻底移除全局变量fbsum，用返回栈存储累加和或临时参数，代码更简洁且无副作用
• 递归场景中，用>r暂存当前阶数，避免递归调用覆盖数据栈上的关键值
• 循环场景中，用r@读取当前累加和，>r更新累加状态，替代全局变量的+!操作

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Michel