Der Forth Metacompiler

Nachdem in einem früheren Blogpost bereits auf ein github Projekt verlinkt wurde bei dem mittels Bison ein C-to-forth Compiler erzeugt wurde, stellt sich die Frage ob man das ganze nicht noch effizienter machen kann. Bison ist ein Unix-Programm was aus einer “.y” Datei eine “.c” Datei erzeugt. In der “.y” Datei befindet sich die Language Grammar und in der “.c” dann der fertige Parser. Etwas ähnliches gibt es auch in Forth. In dem Paper

“T.A. Invanco: User definable language interface for Forth”, http://soton.mpeforth.com/flag/jfar/vol6/no1/article2.pdf

Wird ein Forth-Metacompiler beschrieben. Er entspricht vom Funktionsumfang ungefähr Bison/Yacc. Die Idee lautet aus einer Sprachdefinition eine Abstract Maschine zu erzeugen. Will man Pascal Code parsen benötigt man eine andere Sprachdefinition als wenn man Java oder C Code parsen möchte. Generell dürften solche Metacompiler der Schlüssel zur Mächtigkeit von Forth sein. Weil man damit nicht länger in Forth selber programmieren muss (also eigene Words definiert, kryptische IF Statement eintippt, sondern man stattdessen Hochsprachen wie Java, C++ oder was auch immer verwendet. Voraussetzung ist lediglich, dass man die Grammar dafür hat. Was also für die Java Datei den Abstract Syntax Tree erzeugt und diesen dann nach Forth übersetzt.

Zugegeben, das ganze ist etwas gewagt. Weil es bedeutet, dass man es sich mit der UNIX Community verscherzt. So nach dem Motto: wir wollen nicht länger mit Bison/Yacc herumspielen sondern wir haben etwas besseres, was sehr viel mehr kann. Bison/Yacc sind noch eine Stufe oberhalb der GNU C Compiler angesiedelt. Mit GNU C wurde UNIX programmiert, aber mit Yacc wurde der erste Compiler erzeugt, der C Code in Assembly übersetzen konnte.

Anders formuliert, der schönste C-Sourcecode ist witzlos wenn man ihn nicht nach Machinencode übersetzen kann. Man braucht dazwischen immer einen Compiler. Üblicherweise ist die Unix/LInux Commuhity von Bison/Yacc hochgradig abhängig. Es ist gewissermaßen der zentrale Knoten der immer benötigt wird. Wenn es gelingt, dazu einen Bypass zu legen, hätte man einerseits C-Compiler die jedoch unabhängig von UNIX funktionieren. Und mehr noch, mit einem Forth Metacompiler kann man nicht nur C übersetzen sondern auch Pascal, Java, Python und was auch immer. Diese Sprache sind es, auf die es ankommt, weil man in diesen Hochsprachen sehr gut Algorithmen formulieren kann, also Hello World Programme, Betriebssysteme oder was auch immer.

Nochmal zurück zu dem oben verlinkten Paper, die gute Nachricht lautet, dass der darin vorgestellte “META-79” im Anhang als Forth-Listing abgedruckt ist. Man kann das ganze als Gegenmodell zu Bison bezeichnen. Die schlechte Nachricht lautet, dass außer in diesem Paper das ganze nirgendwo sonst thematisiert wurde. Und Beispiel-Grammar-Files für Python, C und Java gibt es auch keine.

WARUM?
Angesichts von soviel Fachbegriffen wie Meta, Grammar und Parsergenerator stellt sich die Frage, wozu man das alles braucht. Die Antwort lautet, dass man Hochsprachen wie C auf einer phyischen Stackmachine ausführen möchte. Stackmachinen wiederum lassen sich sehr effizient in Silizium bauen und man kann sie parallelisieren. Dadurch erhält man extrem leistungsfähige Gaming-PCs. Also Systeme die nicht nur müde 15 fps anzeigen sondern 120 fps in 4K Auflösung darstellen, ohne dass der Lüfter auch nur hochdreht.

Mit den heute verfübaren C++ Compilern und Intel CPUs ist das nicht machbar. Deshalb ist es Zeit für etwas neues. Etwas, das wirklich Druck macht, was richtig fett ist. Also nicht irgendwelche klein klein Optimierungen, wo die neue Intel CPU um 7,23% schneller ist als die alte CPU sondern wo man in den Sessel hineingedrückt wird weil das System so wahnsinnig schnell ist.

LITERATUR
In der Literatur wird der Begriff “Forth Metacompiler” in einem anderen Kontext verwendet. Stattdessen ist der korrekte Begriff “Parser Generator in Forth”, “Is Forth code compact? A case study” http://www.complang.tuwien.ac.at/anton/euroforth/ef99/ertl99.pdf vergleicht mehrere davon und erwähnt bereits in der Einleitung dass der kompakteste aus 14 Zeilen Code besteht, geschrieben in welcher Programmiersprache? Richtig, diejenige Sprache die wirklich böse ist. Etwas sachlicher muss man jedoch festhalten, dass Parsergeneratoren das Herzstück sind wenn man programmiert, sie sind noch wichtiger als Betriebssysteme. Ein Parsergenerator plus die passende Sprachdatei führt dazu, dass man eine Hochsprache wie C in Maschinensprache übersetzen kann. Letztlich dürfte es das sein, worum es geht. Die Forth Syntax der umgekehrten polnischen Notation mag ganz nett sein für kurze Programme, doch was wirklich angesagt sind dass sind Interpreter die Java und Python auswerten können. Das ausgerechnet das minimalistische Forth wovon es sogar eine Version für den Lieblingscomputer C-64 gibt, dazu eine Plattform bereitstellt überrascht ein wenig. Es bedeutet vereinfacht ausgedrückt, dass man auf dem C-64 nicht nur in C++ programmiert, sondern auch den ersten C++ auf dem C-64 programmiert. Also nix mit Crosscompilation, sondern man schreibt sich seinen Compiler selber um damit dann größere Projekte zu starten.