Einfache Syntax und Grammatik

Die Tcl-Syntax folgt der polnischen Notation. Sie verzichtet auf reservierte Wörter, ordnet jedoch einigen Zeichen eine feste Bedeutung zu:

• die geschweiften Klammern zur Festlegung von Blöcken
• die eckigen Klammern zur Evaluierung von Ausdrücken
• die Anführungszeichen zur Abgrenzung von Zeichenketten
• der Backslash
• das Doppelkreuz für Kommentare
• das Semikolon zum Trennen von Kommandos
• das Zeilenende

Alle anderen Bestandteile der Sprache können umdefiniert werden. Zwischen eingebauten und von Programmen oder Tcl-Bibliotheken hinzugefügten Funktionen besteht kein Unterschied.

Datentypen

Tcl ist eine (nach außen hin) typlose Sprache. Jede Variable hat eine Zeichenkette als Wert. Dazu kann eine interne Repräsentation z. B. einer Ganzzahl, Gleitkommazahl, Liste (Datenstruktur) oder Dict treten. Die Verwendung einer nicht definierten Variablen führt zu einem Fehler – im Gegensatz zur Programmierung mit dem Unix-Kommandozeileninterpreter (Shell) oder awk. Konstrukte wie assoziative Arrays (Hashtabelle), Listen und Dicts werden in Tcl oft angewendet. Dicts sind vergleichbar mit JSON, jedoch außer den geschweiften Klammern ohne zusätzliche Sonderzeichen wie Anführungsstriche und Doppelpunkte. Darüber hinaus gibt es Objekte mit Klassen, Mehrfachvererbung und Mixins. Letztere sind genauso wie die Steuerelemente der grafischen Oberfläche Tk Kommandos innerhalb von Tcl.

Zeichenketten

Tcl kennt sehr leistungsfähige Kommandos zur Bearbeitung von (auch langen) Zeichenketten, ebenso Dateibearbeitung, TCP/IP-Netzkommunikation und über Tk grafische Programmierung und ist in all diesem völlig plattformunabhängig. Tcl hat einen Mechanismus eingebaut, um mit regulären Ausdrücken zu arbeiten, wobei auch komplexere Ausdrücke als die von grep unterstützt werden, vergleichbar mit denen von Perl.

Erweiterbarkeit

Zur Einbindung externer Bibliotheken besitzt Tcl ein eigenes Paketsystem, das diese auch bei Bedarf automatisch nachladen kann. Weiterhin ist es möglich, Tcl-Programme um Bibliotheken zu erweitern, die in C oder einer anderen kompilierten Sprache geschrieben sind; hierfür existiert in Form der TclStubs eine standardisierte Schnittstelle. Außerdem können mithilfe der CriTcl-Erweiterung zeitkritische Programmteile in C-Quellcode innerhalb des Tcl-Quellcodes notiert werden. Diese werden automatisch kompiliert und eingebunden.

Selbstmodifizierender Code

Tcl-Programme können sich sehr einfach zur Laufzeit selbst modifizieren. Da es ohne weiteres möglich ist, eigene Kontrollstrukturen in reinem Tcl zu implementieren, ist es möglich, verschiedene Programmierparadigmen direkt in Tcl umzusetzen, zum Beispiel funktionale oder objektorientierte Programmierung.

Außerdem kann durch die Selbstmodifizierbarkeit Code aus Konfigurationsdateien oder über das Netzwerk gelesen und ausgeführt werden. Um dies in einer sicheren Form zu ermöglichen, stellt Tcl eine beliebige Zahl von Sandboxen in Form eigens gestarteter Interpreter mit beschränkter Funktionalität zur Verfügung. Diese Kind-Interpreter können jeweils mit eigenen Funktionen erweitert werden, die über definierte Schnittstellen mit ihrem Mutter-Interpreter kommunizieren.

Objektorientierung

Tcl enthält im Kern (ab Version 8.6) die bisherige Erweiterung TclOO mit Einfach- und Mehrfachvererbung sowie Mixins, sodass vollständig objektorientierte Anwendungen geschrieben werden können – aber nicht müssen. Klassen enthalten Konstruktoren und Destruktoren sowie Methoden. Im Gegensatz zu anderen Programmiersprachen sind Klassen und Objekte als Kommandos implementiert und müssen explizit mittels „destroy“ zerstört werden, was durch Überwachung von Variablen mittels „trace“ automatisiert werden kann, wenn die Variable ihren Gültigkeitsbereich verlässt.

Da es keine Zeiger gibt, wird stattdessen mittels des Objektnamens auf andere Objekte verwiesen.

Nebenläufigkeit

Tcl implementiert nach Wunsch auch Nebenläufigkeit. Jeder Thread besitzt einen eigenen Interpreter und damit auch eigene Variablen. Ein Thread kann einen anderen Thread beauftragen, Kommandos auszuführen. Threads stehen zueinander in Eltern-Kind-Beziehung. Die Synchronisation erfolgt über Mutexes oder über „join“. Eine alternative Implementierung von Nebenläufigkeit über Coroutinen steht ab Version 8.6 ebenfalls zur Verfügung.

Bytecode-Interpreter

Tcl-Routinen werden vom Interpreter jeweils beim ersten Ausführen in Bytecode übersetzt. Beim zweiten Ausführen einer Routine steht dann bereits der Bytecode zur Verfügung, und der Programmteil läuft schneller. Es gibt auch Erweiterungen, die den gesamten Quelltext zur Ladezeit des Programms in Bytecode übersetzen.

GUI-Schnittstellen

Bekannt ist Tcl auch durch das Toolkit Tk, mit dem sich plattformunabhängige grafische Benutzeroberflächen leicht programmieren lassen. Der grafische Werkzeugkasten „Tk“ steht für eine Vielzahl von Betriebssystemen mit dem für das jeweilige System üblichen Aussehen („native look and feel“) zur Verfügung. Diese Programmierschnittstelle wird auch für viele weitere Programmiersprachen angeboten, wie z. B. Common Lisp, Perl, PHP, Ruby, Python oder R. Neben der Standard-Schnittstelle zum Tk Toolkit existieren unter anderem auch Schnittstellen zu den Toolkits FLTK und GTK+.

Weitere Eigenschaften und Besonderheiten

• „Everything is a string“-Grundsatz (Alles ist eine Zeichenkette): Auch wenn intern – vor allem aus Leistungsgründen – zwischen Zeichenketten, Ganzzahlen, Fließkommazahlen, Listen und Dicts (die Übersetzung „Wörterbücher“ ist unpassend) unterschieden wird, können all diese jederzeit als Zeichenkette angesprochen werden bzw. können Zeichenketten entsprechenden Inhalts als die spezialisierten Typen angesprochen werden. Allerdings kostet die dann implizit durchgeführte Konversion Rechenleistung, weshalb man darauf achten sollte, dieses „shimmering“ zu vermeiden.
• Ereignisgesteuerte Schnittstellen zu Sockets und Dateien, so dass auch ohne Threads mit Netzwerkverbindungen und mit der GUI gearbeitet werden kann. Zeit- und Benutzer-definierte Ereignisse sind ebenfalls möglich.
• Variablen-Sichtbarkeitsbereich ist auf lokale Variablen begrenzt, kann aber mit uplevel und upvar gezielt auf den Sichtbarkeitsbereich der aufrufenden Funktion erweitert werden.
• Einfache Ausnahmebehandlung durch Ausnahme-Rückgabewerte aller Befehle.
• Einfache Erweiterbarkeit in C, C++, Java und Tcl.

Ein „Hello World!“ Programm

puts "Hello World!"

Hello World!

Der Befehl puts erwartet eine Zeichenkette als Eingabe und gibt diese direkt aus, gefolgt von einem Zeilenumbruch. Hier die gleiche Ausgabe unter Verwendung des Befehls zum Setzen eines Variablenwertes:

set hw "Hello World!"
puts $hw

Hello World!

Mittelwert einer Liste von Zahlen

proc mean data {
    expr ([join $data +]) / double([llength $data])
}

Dies definiert einen neuen Befehl mean, der wie folgt aufgerufen werden kann

mean {5 4.2 1.2 6.7 9 1 0}

data ist also eine Liste von Zahlen. Der Befehl join formt aus seinem ersten Parameter $data (Inhalt von data) mithilfe des zweiten Parameters + eine Zeichenkette der Form 5+4.2+1.2+6.7+9+1+0. Diese wird nun in die Stelle eingesetzt, an der zuvor der von eckigen Klammern umschlossene join-Befehl stand. Der Befehl llength gibt die Länge einer Liste zurück. Die eckigen Klammern funktionieren hier genauso. Die Funktion double() bewirkt, dass die Zahlen nicht als Ganzzahl („integer“) mit Rest, sondern als Gleitkommazahlen mit Dezimalstellen dividiert werden (das ist bei Mittelwerten meist beabsichtigt).

Es ergibt sich für das Beispiel:

expr (5+4.2+1.2+6.7+9+1+0)/double(7)

Der Befehl expr berechnet nun den mathematischen Ausdruck.

Das Beispiel zeigt, wie einfach in Tcl Zeichenkettenverarbeitung und Berechnungen gemischt werden können, um Algorithmen einfach zu formulieren.

Grafische Anwendungsprogrammierung mit Tk

Tcl macht die Entwicklung grafischer Benutzerschnittstellen sehr einfach: Das folgende Mini-Programm erstellt eine Schaltfläche („button“) im Fenster, die beim Anklicken die Anwendung beendet.

package require Tk
pack [button .b -text "Goodbye World" -command exit]

Zusätzlich zum klassischen „Tk-Widget-Set“ (das sind die Bedienelemente der grafischen Benutzeroberfläche), das je nach Plattform das Aussehen von Motif, Microsoft Windows, oder Mac OS Classic simuliert, gehört ab Version 8.5 auch das Widget-Set Ttk (themeable Tk) fest zu Tk. Dabei kann ein Thema („theme“) aus einer Theme-Bibliothek ausgewählt oder selbst erstellt werden.

package require Tk
ttk::setTheme clam
pack [ttk::button .b -text "Goodbye World" -command exit]

Datenbankanbindung mit Tcl

Datenbankoperationen sind mit Tcl ebenfalls sehr einfach, wie das folgende Beispiel zeigt:

# SQLite3 einbinden
package require sqlite3
# Datenbank eröffnen
sqlite3 meinedatenbank ./meinedatenbank.sqlite
# Variable zum Referenzieren
set var 3
# Tabelle erzeugen, Fehlermeldung ignorieren
meinedatenbank eval {CREATE TABLE tabelle1 (id int, spalteA char(20))}
# Daten in Tabelle schreiben
meinedatenbank eval {INSERT INTO tabelle1 (id, spalteA) VALUES (1, 'foo'), (2, 'bar'), (3, 'ßülz')}
# Daten abfragen
meinedatenbank eval {SELECT * FROM tabelle1 WHERE id = :var} ergebnis {
   puts "id = $ergebnis(id), spalteA = $ergebnis(spalteA)"
}
# Alle Daten löschen
meinedatenbank eval {DELETE FROM tabelle1}
# Tabelle löschen
meinedatenbank eval {DROP TABLE tabelle1}
# Datenbank schließen
meinedatenbank close

Dabei werden Variablenreferenzen nicht expandiert, sondern der Datenbank-„Engine“ übergeben, so dass keine Sicherheitslücke durch SQL-Injection entstehen kann.

Diese direkte Anwendung der SQLite3-Schnittstelle gilt mittlerweile als veraltet, weil es die datenbankunabhängige Schnittstelle TDBC gibt, deren Name sich an ODBC und JDBC anlehnt. Im Lieferumfang von TDBC sind die Treiber für SQLite3, MySQL, ODBC (ähnlich der JDBC-ODBC-Bridge) und PostgreSQL.