Brainfuck VM

package org.vizee.brainfuckvm;

public class BrainfuckVM {
	
	private byte[] ds;
	private byte[] cs;
	private int[] es;
	private int dp;
	
	private void ds_resize(int size, boolean preserve)
	{
		byte[] backup = null;
		if(preserve && ds != null)
			backup = ds;
		ds = new byte[size];
		if(backup != null)
			System.arraycopy(ds, 0, backup, 0, Math.min(backup.length, size));
		return;
	}
	
	public int run()
	{
		if(cs == null)
			return 1;
		ds_resize(1024, false);
		dp = 0;
		for(int i = 0;i < cs.length;i++) {
			switch(cs[i]) {
			case 0x1: //+ | -
				ds[dp] += es[i];
				break;
			case 0x2: //< | >
				dp += es[i];
				if(dp >= ds.length)
					ds_resize(dp + 1024, true);
				else if(dp < 0) {
					ds = null;
					return 0;
				}
				break;
			case 0x4: //,
				try {
					ds[dp] = (byte)System.in.read();
				} catch (Exception e) {
					System.out.println(e.toString());
				}
				break;
			case 0x6: //.
				System.out.print((char)ds[dp]);
				break;
			case 0x8: //[
				if(ds[dp] == 0)
					i = es[i];
				break;
			case 0xa: //]
				if(ds[dp] != 0)
					i = es[i];
				break;
			}
		}
		ds = null;
		return 0;
	}
	
	public int load(String code)
	{
		int length = 0;
		char[] stream = code.toCharArray();
		int count = 0;
		for(int i = 0;i < stream.length;i++) {
			switch(stream[i]) {
			case '[':
				count++;
			case ']':
				if(stream[i] == ']') {
					if(count == 0)
						return 0;
					count--;
				}
			case ',':
			case '.':
				length++;
				break;
			case '+':
			case '-':
			case '<':
			case '>':
				int j;
				for(j = i + 1;j < stream.length;j++)
					if(stream[i] != stream[j])
						break;
				i = j - 1;
				length++;
			}
		}
		if(count == 0 && length > 0) {
			cs = new byte[length];
			es = new int[length];
			int[] match = new int[length];
			int current = 0;
			count = 0;
			for(int i = 0;i < stream.length;i++) {
				switch(stream[i]) {
				case '[':
					cs[current] = 0x8;
					match[count++] = current;
					break;
				case ']':
					cs[current] = 0xa;
					es[current] = match[--count];
					es[es[current]] = current;
					break;
				case ',':
					cs[current] = 0x4;
					break;
				case '.':
					cs[current] = 0x6;
					break;
				case '+':
				case '-':
				case '<':
				case '>':
					int j;
					for(j = i + 1;j < stream.length;j++)
						if(stream[i] != stream[j])
							break;
					if(stream[i] == '<' || stream[i] == '>')
						cs[current] = 0x2;
					else
						cs[current] = 0x1;
					if(stream[i] == '<' || stream[i] == '-')
						es[current] = i - j;
					else
						es[current] = j - i;
					i = j - 1;
				}
				if(cs[current] != 0)
					current++;
			}
		}
		return length;
	}
	
	public BrainfuckVM()
	{
		cs = null;
		ds = null;
		es = null;
		dp = 0;
	}
	
}

### Brainfuck 编程语言简介 Brainfuck 是一种极简主义的编程语言,由 Urban Müller 于 1993 年设计。它的目标是创建一个能够实现图灵完备性的语言,同时使用尽可能少的指令集[^2]。该语言仅有 8 个简单的命令,但却足够强大以完成任何计算任务(前提是存在无限内存)。由于其极简的设计,Brainfuck 常被用作学习编译器设计和理解底层计算原理的教学工具。 以下是 Brainfuck 的 8 条基本指令: | 指令 | 描述 | |------|----------------------------------------------------------------------| | `>` | 将数据指针向右移动一个单元格 | | `<` | 将数据指针向左移动一个单元格 | | `+` | 将当前单元格的值加一 | | `-` | 将当前单元格的值减一 | | `[` | 如果当前单元格的值为零,则跳转到与之匹配的 `]` 后的下一个指令 | | `]` | 跳回到与之匹配的 `[` | | `,` | 从输入读取一个字符并存储在当前单元格中 | | `.` | 输出当前单元格中的字符 | 这些指令操作一个假设的无限长的字节数组,初始时所有单元格的值均为零。 ### 示例代码 以下是一些简单的 Brainfuck 程序示例: #### 输出 "Hello World!" ```brainfuck ++++++++[>+++++++>++++++++++>+++>+<<<<-]>++.>+.+++++++..+++.>++.<<+++++++++++++++.>.+++.------.--------.>+.>. ``` 这段代码通过一系列的加法和指针移动操作,在内存中构造出 "Hello World!" 的 ASCII 字符编码,并逐一输出。 #### 读取并回显输入字符 ```brainfuck ,.[.,] ``` 此程序会持续读取输入直到遇到空字符为止,然后将所有输入内容原样输出。 #### 计算两个数字的和 ```brainfuck >,>,<<[->+<]>. ``` 该程序首先读取两个数字作为输入,然后将它们相加并将结果输出。 ### Brainfuck 的特点 尽管 Brainfuck 的语法极其简单,但它仍然可以表达任意复杂的算法。这是因为 Brainfuck 是图灵完备的语言,意味着它可以模拟任何其他图灵机的行为,只要提供足够的资源[^3]。 然而,Brainfuck 的主要缺点在于其代码可读性和调试难度较高。即使是相对简单的程序也可能需要数百行 Brainfuck 代码来实现,这使得它不适合实际应用,而更多地用于学术研究或娱乐目的。
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