将 Swift 带回 Apple II：复古计算与现代编程语言的跨界实验

背景

Swift 是支撑现代 Apple 平台众多应用程序的现代编程语言。作者产生了一个想法：能否将 Swift 的一小部分“味道”带回 Apple 的早期时代，即 Apple II 系列计算机？Apple II 是 Apple 推出的首款面向大众市场的机器系列，最初于 1977 年发布，搭载 1 MHz 的 MOS 6502 CPU。

作者构建了 SwiftII，这是一个专为原始 Apple II 至 Apple IIe 及更高版本设计的、带有 Swift 风味的微型开发环境。作者坦诚地表示，这个项目是在业余时间利用大量 AI 辅助完成的。对于作者而言，这种工作流本身与复古计算的工作一样有趣。

需要明确的是，这并非现代意义上的 Swift，也永远不会是。完整的 Swift 标准库无法容纳在这台机器上。SwiftII 是一个刻意设计的子集，其精神内核更接近 Embedded Swift（嵌入式 Swift），而非为 iOS 或 macOS 等现代平台设计的 SDK。

作者的目标是尽可能多地将 Swift 的特性塞入 Apple II，同时保持代码的可读性。如果你熟悉 Swift，你应该能够一眼读懂 SwiftII 兼容的程序并立即理解其逻辑。除了解释器，为了弥补 Apple II 在用户/开发者体验上的不足，作者还不得不构建启动器、文件选择器和文本编辑器。

核心内容

应用程序与功能

启动相应的磁盘后，用户会进入一个启动器界面。用户可以在此选择交互式 REPL（读取-求值-输出循环）、直接运行磁盘上 .swift 程序的文件浏览器，或者使用全屏幕编辑器。所有这些功能都自包含在一个可启动的软盘中。

演示视频展示了在原始 Apple II Plus 上的运行情况，包括系统启动、运行示例程序以及使用文件选择器、编辑器、REPL 和编译器。编译器位于与 REPL 不同的磁盘上。

由于原始 Apple II Plus 键盘没有小写字母且缺少 \ 键，程序输入需使用双字符（digraphs）。例如，??/ 会被转换为 \，SwiftII 会将其解释为标准的 Swift 语法。

动机与灵感

作者最近修复了一台捐赠的 Apple II Plus，并思考能让这台现代能力受限的机器做什么。几年前，作者曾为 Windows 3.1 编写过 DOS ChatGPT 客户端和 Slack 客户端，旨在将现代网络服务压缩进复古机器中。这次，作者想尝试将现代编程语言（特别是 Apple 自家的语言）移植到复古硬件上。

灵感来源于 Apple Pascal。1979 年，Apple Pascal 将 UCSD p-System 带到了 Apple II。它没有将 Pascal 编译为原生的 6502 机器码，而是编译为字节码，由类似 Java 的虚拟机（VM）执行。作者希望为 Swift 做同样的事情：编译器生成字节码，虚拟机执行它。尽管相隔近半个世纪，这两种语言都通过避免生成原生 6502 代码，转而使用虚拟机来适应 6502 处理器。

此外，作者希望提供一个 REPL 工具，以便用户以交互方式测试代码，这与现代 Swift SDK 的功能一致。

目标硬件

基准目标是经过适当硬件升级的 1977 年原始 Apple II。如果 SwiftII 能在此运行，它就能在几乎所有后续的 Apple II 机型上运行。

作者使用的测试机是 1979 年的 Apple II Plus，其规格如下：

• CPU: MOS 6502, 1 MHz
• 内存: 48 KB 主 RAM + Clone Saturn 128K RAM 卡（向后兼容为 16K Language Card），总计 64 KB
• 显示: Clone Videx Videoterm 80 列卡
• 存储: Yellowstone 通用磁盘控制器卡（可模拟原始 Disk II 模式）+ Floppy Emu 模拟 Disk II 驱动器
• 操作系统: ProDOS 2.4.3

原始 1977 年 Apple II 只要升级到 48 KB RAM 加上 16 KB 语言卡（总计 64 KB）即可支持。对于非 Autostart ROM 的机器，需手动通过 C600G 或 PR#6 启动 Disk II。

Apple IIe 是更友好的使用环境，因为它支持小写字母、更好的显示 ROM 和标准的 ASCII 键盘，使得输入 SwiftII 源代码更加自然。

语言特性与限制

SwiftII 的核心语法与现代 Swift 高度相似，但存在关键差异：

支持的语法（核心 Lite 磁盘）：

• let 和 var 及类型推断
• if / else if / else 条件语句
• while 和 for-in 循环（支持范围）
• 短路逻辑运算符 && / || 和前缀 !
• 带有 return 的顶层函数
• 可选类型（Optionals）：if let、?? 和强制解包 !
• 数组：支持 append、count、isEmpty 和下标访问
• 字符串：支持 + 连接、\(...) 插值和 String(n) 转换

扩展功能（Extras/Compiler 磁盘）：

• Extras 磁盘：增加整数解析 Int(s)、字节/字符串辅助函数（asc, chr）、更多数组方法（removeLast, removeAll, contains）、内存读写 peek/poke、光标/文本控制以及低分辨率图形（gr, color, plot, hlin, vlin）。
• Family B 编译器磁盘：进一步支持 switch、直接遍历数组的 for-in、random(in:)、扬声器音调 speakertone 和文件 I/O。

类型与实现的差异：

• Int：由于 cc65 编译器的限制，Int 是 16 位有符号整数（范围 -32768 到 32767），而非现代 Swift 的 64 位。它是唯一的数值类型，没有 Double 或 Float。
• String：SwiftII 中的字符串仅是字节序列（ASCII），而非 Unicode 字符集合。这更接近 C 风格的字符串数组。
• 数组：数组项必须具有相同的类型。
• 标识符：长度限制为 11 个字符以节省空间。超过此长度的名称会导致编译错误，而非静默截断。
• 缺失功能：不支持闭包、字典、错误处理（throws）、并发（async/await）、宏以及调用站点参数标签。

主要约束：40,704 字节

这是该项目面临的最大挑战。SwiftII 必须极其精简，以适应有限的内存和存储资源。

开发设置与构建

作者使用了 AI 辅助开发。项目分为两个家族的二进制文件：

1. 解释器/REPL：用于交互式编程。
2. 编译器：用于将 Swift 代码编译为字节码。

由于 Apple II 的内存银行（Memory Banking）问题，开发过程充满挑战。最终，项目以 9 英寸软盘的形式发布，以解决存储和测试多个机器变体的复杂性。

关键要点

• 项目本质：SwiftII 是一个为 Apple II 系列计算机设计的 Swift 子集开发环境，包含解释器、编译器、文件管理器和编辑器，全部集成在软盘中。
• 技术架构：采用虚拟机（VM）架构，编译器生成字节码而非原生 6502 机器码，类似于 Java 或 Apple Pascal 的实现方式，以规避原生代码生成的复杂性。
• 硬件要求：基准配置为 64 KB RAM（48 KB 主存 + 16 KB 语言卡）和 ProDOS 操作系统。Apple IIe 因键盘和显示优势体验更佳。
• 语言限制： *