本文介绍了如何使用C语言编写一个BF语言的实时解释器。BF语言是一种极简的图灵完备编程语言，本文详细讲解了解释器的设计思路、内存管理、指令解析与执行流程等内容。
《手把手教你武装自己的语言》之第零章——简单的解释器与开发环境编写（上）
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话说本来想在第零章里面写一个Hello World程序，比如这样：
键入 shout "Hello World"输出Hello Wirld，键入shout var输出var的值。
不过转念一想，试图自己写设计编译器、解释器的人一般来说都有一定的编程基础了，要是在第零章里面写这么个弱智的东西，那真是叫人想不跳过都难。
于是呢，结合最近一些比较痴迷的东西，我决定在第零章里面写一个真正的，已存在语言的解释器。
这个语言就是大名鼎鼎的BF语言。
下面是BF语言介绍，知情者可以果断跳过：
BF语言我个人感觉真的是世界上最好学的语言之一，因为你只要三分钟就能学会这个语言的全部，至于如何用BF语言编程，那就看你的脑袋了。
BF语言的全称叫BrainF**k，是一种极小化的计算机语言，它是由Urban Müller在1993年创建的。Müller的目标是建立一种简单的、可以用最小的编译器来实现的、符合图灵完全思想的编程语言。这种语言由八种状态构成，为Amiga机器编写的编译器（第二版）只有240个字节大小。
就象它的名字所暗示的，BF程序很难读懂。尽管如此，BF图灵机一样可以完成任何计算任务。虽然BF的计算方式如此与众不同，但它确实能够正确运行。
这种语言基于一个简单的机器模型，除了指令，这个机器还包括：一个以字节为单位、被初始化为零的数组、一个指向该数组的指针（初始时指向数组的第一个字节）、以及用于输入输出的两个字节流。*
*来自WikiPedia中文版
好了，介绍完毕，下面是基本语法：
'>' 符号表示指针自增一，'<' 符号反之
'+' 符号表示指针所指内容自增一，'-' 符号反之
'.' 表示输出当前指针所指内容，',' 表示输入内容到指针所指处
'[' 表示如果当前指针所指内容为零，跳转至下一个']'后面
']' 表示如果当前指针所指内容非零，跳转至下一个'['后面
好了，BF语言介绍完了，真实言如其名，非常的Brain F**king，非常的Coder Unfriendly，但是无疑，这个语言对于解释器很友好。
那么下面我们就来着手BF解释器的编写：
我们的解释器可不仅仅是解释器，我们力求打造一个Coder Friendly的集成解释器的IDE，他要有如下功能：
对BF语言文件进行解释运行（废了个话！）
要能够对BF语句实时处理（像P可爱的ython那样）
要能够在解释运行时实时显示各种信息，包括内存状态啦，指针位置啦，等等~
要能够容忍不为指令的字符，大家要注释啊喂。
调试环境要能够在程序出错时指出错误所在，否则IDE干神马吃的
等等等等……按需扩充（这四个字很重要啊关系到你的代码可扩展性啊~！）
激动吗，终于要作解释器了，第零步当然是给自己打气了~！
跟我一起念：“BrainFk好！”“BrinFK好！”
好了，接下来要让这既好又好的BrainFk转起来，Coding Time~！
本文的上篇中，我们要写一个内核和一个简单的实时解释，首先，我们建立一个 .c 文件，随便你怎么命名了~
/* 至于为什么用C语言，原因很简单，因为她快~！
盗梦空间告诉我们，如果你用一个解释器来运行另一个解释器，那么一切都会变得死慢~！
所以如果你试图用神马Python之类的脚本写解释器，你就……
*/
在这个新建的C语言文件中写下如下的东西：
前两句就不用解释了吧你懂的~
常量INIT_SIZE代表初始时BF所用数组的最大长度，INC_SIZE代表当数组不够用时该增加多少。
别问我为神马用常量而不直接把数字写进后面的代码里去，这叫做代码的可维护性，关于这方面的书可以看看《代码大全》之类。
数据类型bfdata代表BF语言中每个数组元素的内部数据。
使用typedef而不是直接用char也是为了代码可维护性
比如哪天如果你要让BF语言中存储单元变大，你只要改这句就行了。
接下来写上：
这个函数的名字我本来想写bfEgineInit的，但是我发现过长的函数名有些编译器居然不能识别，真是悲剧。
该函数的作用是初始化，创建一个长度为INIT_SIZE的数组用来模拟BF语言的运行环境，并返回该数组的指针。
对于函数返回指针这个问题，我想说一下，别轻易用函数返回指针，因为函数在调用完毕时会清空其局部变量所使用的内存。
不过，malloc()（以及Calloc()、realloc()等）函数所动态分配的内存不会在函数调用结束后清空，所以在这里是可以的。
在创建了初始数组之后，我们要对数组进行一个可靠的初始化——所有元素置零，也就是
for (i = 0; i < INIT_SIZE; i++) bfhead[i] = 0;
这句的含义。
初始化函数写完了，我们要开始写解释部分了，一步一步来，写上：
bfExecCmd函数用来解释执行BF命令，形参表中bfCmd用来传递BF命令
locationOfPointer、memoryInUse、bfpointer分别用来传递当前指针的位置、当前所用内存和当前指针所指内容。
注意这里使用传址方式，因为locationOfPointer、memoryInUse、bfpointer这三个变量将会在其它函数中用到。
locationOfLoader用来定位当前所解释的字符（即当前字符在BF语句字符串中的位置），jumpSearcher用来控制跳转（具体使用将在下文中加以解释）。
下面开始写：
以上就不过多解释了，地球人都知道~
那两个很奇怪的注释掉的printf是我当初用来调试的，相信我，在程序出问题的时候每一步操作写一个相应的输出是很有用的。
这里要注意的就是指针不能越界，locationOfPointer必须大于零，且memoryInUse必须大于locationOfPointer。
当然，我们可以在'<'被调用且当前指针位置为零时扔出一个错误信息，这事之后会加上的。
重点在于'>'的判定以及新内存的分配，这里使用realloc()函数增长数组，注意常量INC_SIZE的出现。
不解释，地球人都知道。
现在的程序已经具有了顺序执行的能力了，我们可以先把switch神马的都 } 掉，写一个测试用的 main()函数，如下：
这里我们写了一个只有+-<>,.的BF实时解释器，使用while(1)循环来实现多次运行。
运行结果如下：
看！多有爱！
接下来我们开始跳转的实现，首先重温一下BF语言中的跳转：
'[' 当前指针内容为零时，跳转至所对的']'之后；
']' 当前指针内容非零时，跳转至所对的'['之后；
那么我们当即可以在Switch中写下：
然后就是跳转的实现了，为了实现跳转，我们引入一个辅助变量jumpSearcher，定义为当[]符号配对成功时jumpSearcher为零，跳转。
原理如下：
当遇到一个'['（']'）跳转命令时我们置jumpSeacher为1，接下来向后（前）遍历，寻找配对的']'（'['），然后jumpSeacher置零。
如果我们遇到一个']'（'['），有如下两种可能：
配对成功，跳转。
非对应字符，不跳转。
由于'['和']'的数量相等，遇到后一种情况说明遍历时必定遇到了其他的'['（']'），于是我们可以用如下方法解决：
每遇到一个'['（']'），jumpSeacher加一；
每遇到一个']'（'['），jumpSeacher减一；
这样当jumpSeacher为零时，必然代表找到匹配的符号，那么完整的跳转代码如下：
注释掉的printf用来输出对应的调试信息，非常有用。
完整的bfExec()如下：
main()如下：
运行结果如下：
哇哈哈哈，Hello The Brain Phucking World~！！！！！！
好了，我们有时候喜欢换行输入代码来增强可读性，比如
++++++++++[
>+++++++
>++++++++++
>+++
>+
<<<<-
]
如果我们把上面代码的第一行输入程序，那么就会出错了，程序找不到对应的']'
解决方案如下：
现在的程序是输入的字符串立即当做BF命令来执行，但是有时候我们需要延迟执行BF命令
那么我们可以先将获得的BF命令存入一个缓冲区，待执行时从缓冲区调出命令再执行。
什么时候需要延迟执行命令呢？
当然是在命令中'['和']'的数量不相等的时候！
那么我们就可以获得如下的算法：
0 清空缓冲区
1 从用户端读入字符串并存入缓冲区
2 如果已有待执行的命令，将缓冲区中的内容加入待执行的命令之后
3 分析'['和']'的数量，如果相等，执行命令并清空内存中已处理的命令
4 返回0
根据算法，我们设定新字符串变量bfCmdBuffer，并加入bfLoadCmd()函数用来将缓冲区的字符串读入命令区，通过函数返回值判定'['与']'是否相等。
main()函数如下：
bfLoadCmd由三个循环组成：
第一个循环遍历缓冲区中的字符，判断[]数量是否相等，之后计数器复位，等待下一次循环。
第二个循环将j计数器累加到命令区字符段长度
第三个循环将缓冲区字符串追加至命令区后面，循环结束后将命令区最后一个字符置'/0'
注意这里所有的参数都是传址的，因为这些数据在函数外会被调用。
注释掉的printf调试时是很有用的。
编写clearString函数：
int clearString(char* strToClear) {
strToClear[0] = '/0' ;
return 0;
}
同时我们在main()函数中加入缩进功能，即：
当我们发现指令区'['数量大于']'数量时，我们自动在输入前缩进以增强可读性。
最终的程序如下：
运行结果如下：
好了，一个带有基本内核的BF实时解释器就写完了，本文的上半部分也结束了。
在本文的中篇和下篇中，我们将探讨.bfk文件解释器、程序实时跟踪、调试器、纠错装置、图形界面的IDE以及改进型BF语言的解释器与开发环境的编写，敬请期待。
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