Брэйнфак

Брэйнфак

Brainfuck (англ. brain мозг + эзотерических языков программирования, придуман Урбаном Мюллером (нем. Urban Müller) в 1993 году для забавы. Язык имеет восемь команд, каждая из которых записывается одним символом. Исходный код программы на Brainfuck представляет собой последовательность этих символов без какого-либо дополнительного синтаксиса.

Одним из мотивов Урбана Мюллера было создание языка с как можно меньшим компилятором. Отчасти он был вдохновлен языком вычислимости.

Машина, которой управляют команды Brainfuck, состоит из упорядоченного набора ячеек и указателя текущей ячейки, напоминая ленту и головку машины Тьюринга. Кроме того, подразумевается устройство общения с внешним миром (см. команды . и ,) через поток ввода и поток вывода.

Язык Brainfuck можно описать с помощью эквивалентов языка Си (предполагается, что переменная p объявлена как указатель на байт):

Команда Brainfuck Эквивалент на Си Описание команды
> ++p; перейти к следующей ячейке
< --p; перейти к предыдущей ячейке
+ ++*p; увеличить значение в текущей ячейке на 1
- --*p; уменьшить значение в текущей ячейке на 1
. putchar(*p); напечатать значение из текущей ячейки
, *p = getchar(); ввести извне значение и сохранить в текущей ячейке
[ while (*p) { если значение текущей ячейки нуль, перейти вперёд по тексту программы на ячейку, следующую за соответствующей ] (с учётом вложенности)
] } если значение текущей ячейки не нуль, перейти назад по тексту программы на ячейку, следующую за соответствующей [ (с учётом вложенности)

Несмотря на внешнюю примитивность, Brainfuck с бесконечным набором ячеек имеет тьюринговскую полноту, а, следовательно, по потенциальным возможностям не уступает «настоящим» языкам, подобным Си, Паскалю или генетическому программированию из-за простоты синтаксиса, и, соответственно, генерации исходного кода.

В «классическом» Brainfuck, описанном Мюллером, размер ячейки — один байт, количество ячеек 30 000. В начальном состоянии указатель находится в крайней левой позиции, а все ячейки заполнены нулями. Увеличение/уменьшение значений ячеек происходит по модулю 256. Ввод/вывод также происходит побайтно, с учётом кодировки ASCII (то есть в результате операции ввода (,) символ 1 будет записан в текущую ячейку как число 0x31 (49), а операция вывода (.), совершённая над ячейкой, содержащей 0x41 (65), напечатает латинскую А). В других вариантах языка размер и количество ячеек может быть другим (бо́льшим). Есть версии, где значение ячеек не целочисленно (с плавающей точкой).

Содержание

Пример программы

Программа на языке Brainfuck, печатающая «Hello World!»:
++++++++++[>+++++++>++++++++++>+++>+<<<<-]>++
.>+.+++++++..+++.>++.<<+++++++++++++++.>.+++.
------.--------.>+.>.

Разбор программы:

Подготовка в памяти (с ячейки 1) массива значений, близких к ASCII-кодам символов, которые необходимо вывести (70, 100, 30, 10), через повторение 10 раз приращения ячеек на 7, 10, 3 и 1, соответственно
++++++++++ присваивание ячейке 0 (счетчику) значения 10
[ повторять, пока значение текущей ячейки (ячейки 0) больше нуля
>+++++++ приращение ячейки 1 на 7
>++++++++++ приращение ячейки 2 на 10
>+++ приращение ячейки 3 на 3
>+ приращение ячейки 4 на 1
<<<<- возврат к ячейке 0 (счетчику), и его уменьшение на 1
] вернуться к началу цикла
Получение кодов букв и их вывод
>++. Вывод «Н». Получение кода «H» (72) из 70 в ячейке 1 и вывод
>+. Вывод «e». Получение кода «e» (101) из 100 в ячейке 2 и вывод
+++++++.. Вывод «ll». Получение кода «l» (108) из 101 в ячейке 2 и вывод дважды
+++. Вывод «o». Получение кода «o» (111) из 108 в ячейке 2 и вывод
>++. Вывод пробела. Получение кода пробела (32) из 30 в ячейке 3 и вывод
<<+++++++++++++++. Вывод «W». Получение кода «W» (87) из 72 в ячейке 1 и вывод
>. Вывод «o». Код «o» (111) уже находится в ячейке 2, просто его выводим
+++. Вывод «r». Получение кода «r» (114) из 111 в ячейке 2 и вывод
------. Вывод «l». Получение кода «l» (108) из 114 в ячейке 2 и вывод
--------. Вывод «d». Получение кода «d» (100) из 108 в ячейке 2 и вывод
>+. Вывод «!». Получение кода «!» (33) из 32 в ячейке 3 и вывод
>. Вывод кода перевода строки (10) из ячейки 4

В принципе, печать «Hello World!» можно реализовать проще, но программа будет в три с лишним раза больше, чем приведённый выше оптимизированный вариант:

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
+++++++++++++++++++++++++++.+++++++++++++++++
++++++++++++.+++++++..+++.-------------------
---------------------------------------------
---------------.+++++++++++++++++++++++++++++
++++++++++++++++++++++++++.++++++++++++++++++
++++++.+++.------.--------.------------------
---------------------------------------------
----.-----------------------.

Программирование на языке Brainfuck

Каждый начинающий программировать на Brainfuck немедленно сталкивается со следующими проблемами:

Эти проблемы могут быть решены.

 Обозначим за @(k) сдвиг на k ячеек вправо, если k>0, и влево, если k<0
 Соответственно, @(k) = >…k раз…> либо <…-k раз…<  
 zero(): обнуление текущей ячейки:
   [-]
   =
   [+]
 add(k): прибавление значения ячейки n (текущей) к значению ячейки n+k:
    [ — @(k)  + @(-k)  ]
 при этом значение ячейки n теряется (обнуляется).
 mov(k): копирование значения ячейки n (текущей) в ячейку n+k с потерей (обнулением) значения ячейки n:
   @(k) zero() @(-k) add(k)
   =
   @(k) [-] @(-k) [ — @(k)  + @(-k)  ] 
 copy(k,t): копирование значения ячейки n (текущей) в ячейку n+k 
 c использованием промежуточной ячейки n+k+t, благодаря чему значение ячейки n не теряется (сохраняется).
   @(k) zero() @(t) zero() @(-k-t) [ — @(k) + @(t) + @(-k-t) ] @(k+t) mov(-k-t)
   =
   @(k) [-] @(t) [-] @(-k-t) [ — @(k) + @(t) + @(-k-t) ] @(k+t) [ — @(-k-t) + @(k+t) ]
 ifelse(t): если текущая ячейка>0, то выполняется условие true
            если текущая ячейка=0, то выполняется условие false
            t-относительный номер вспомогательной ячейки:
   @(t+1)[-]+@(-t-1) устанавливаем флаг 1 для случая else
   [
    здесь действия ветки true
    @(t+1)[-]@(-t-1) устанавливаем флаг 0 для случая else
    [-] выход из цикла
    ]
   @(t+1)
   [
    здесь действия ветки false
    [-] выход из цикла
    ]
   @(-t-1)

Brainfuck почти не используется для практического программирования (за исключением работ отдельных энтузиастов), а используется преимущественно для головоломок и задач для соревнований.

Языки на основе Brainfuck

Ook! COW Brainfuck Описание
Ook. Ook. MoO + Значение текущей ячейки увеличивает на 1
Ook! Ook! MOo - Значение текущей ячейки уменьшают на 1
Ook. Ook? moO > Следующая ячейка
Ook? Ook. mOo < Предыдущая ячейка
Ook! Ook? moo [ Начало цикла
Ook? Ook! MOO ] Конец цикла
Ook! Ook. OOM . Вывод значения текущей ячейки
Ook. Ook! oom , Запрос значения текущей ячейки
mOO отсутствует Выполняет инструкцию с номером, который берётся из текущей ячейки (если значение в текущей ячейке равно 3, то это приводит к бесконечному циклу).
Moo отсутствует Если значение текущей ячейки равно нулю, то ввести его с клавиатуры; если же значение текущей ячейки — не ноль, то вывести его на экран.
OOO отсутствует Обнуляет значение в текущей ячейке
MMM отсутствует

См. также

Диалекты и реализации

Другие абстрактные исполнители и формальные системы вычислений

Ссылки

Основные языки программирования
Используемые
в разработке
Прочие

Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Поможем решить контрольную работу

Полезное



Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
… Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»