BrainFuck——C实现BrainFuck解释器

最新推荐文章于 2020-12-15 13:27:13 发布

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#BrainFuck #另类语言 #BF #BF解释器 #C++

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BrainFuck

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本文介绍了极简编程语言BrainFuck的基础概念与语法特性，并通过示例演示如何使用它来输出文本和进行数值运算。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

首先介绍一下吊炸天的语言——BrainFuck

Brainfuck是一种极小化的计算机语言，它是由Urban Müller在1993年创建的。由于fuck在英语中是脏话，这种语言有时被称为brainf*ck或brainf**k，甚至被简称为BF

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。
这种语言，是一种按照“Turing complete（完整图灵机）”思想设计的语言，它的主要设计思路是：用最小的概念实现一种“简单”的语言，BrainF**k 语言只有八种符号，所有的操作都由这八种符号的组合来完成

（按照更节省时间的简单说法，"]"也可以说成“向后跳转到对应的"["状态”。这两解释是一样的。）
（第三种同价的说法，"["意思是"向前跳转到对应的"]""，]意思是"向后跳转到对应的[指令的次一指令处，如果指针指向的字节非零。")
Brainfuck程序可以用下面的替换方法翻译成C语言（假设ptr是char*类型）：

当前位置清零
[-] 将当前指针的值归零
之前位置清零
[[-]<] 将当前指针以及之前的指针归零
字符I/O
,. 从键盘读取一个字符并输出到屏幕上。
简单的循环
,[.,] 这是一个连续从键盘读取字符并回显到屏幕上的循环。注意，这里假定0表示输入结束，事实上有些系统并非如此。以-1和"未改变"作为判断依据的程序代码分别是",+[-.,+]"和",[.[-],]"。
指针维护
>,[.>,] 通过移动指针保存所有的输入，供后面的程序使用。
加法
[->+<]
把当前位置的值加到后面的单元中（破坏性的加，它导致左边的单元被归零）。

为了方便我们理解BrainFuck语言，大家可以下载一个很好的编译器，里面还有很多demo

http://download.youkuaiyun.com/detail/sm9sun/9721483

下面给出两个示例：

一、程序输出hello word！

BF代码：++++++++++[>+>+++>+++++++>++++++++++<<<<-]>>>++.>+.+++++++..+++.<<++.>+++++++++++++++.>.+++.------.--------.<<+.<.

程序输出小于输入数字的所有质数

BF代码：>++++++++[<++++++++>-]<++++++++++++++++.[-]>++++++++++[<++++++++++>-]<++++++++++++++.[-]>++++++++++[<++++++++++>-]<+++++.[-]>++++++++++[<++++++++++>-]<+++++++++.[-]>++++++++++[<++++++++++>-]<+.[-]>++++++++++[<++++++++++>-]<+++++++++++++++.[-]>+++++[<+++++>-]<+++++++.[-]>++++++++++[<++++++++++>-]<+++++++++++++++++.[-]>++++++++++[<++++++++++>-]<++++++++++++.[-]>+++++[<+++++>-]<+++++++.[-]>++++++++++[<++++++++++>-]<++++++++++++++++.[-]>++++++++++[<++++++++++>-]<+++++++++++.[-]>+++++++[<+++++++>-]<+++++++++.[-]>+++++[<+++++>-]<+++++++.[-]+[->,----------[<+>-------------------------------------->[>+>+<<-]>>[<<+>>-]<>>>+++++++++[<<<[>+>+<<-]>>[<<+>>-]<[<<+>>-]>>-]<<<[-]<<[>+<-]]<]>>[<<+>>-]<<>+<-[>+[>+>+<<-]>>[<<+>>-]<>+<-->>>>>>>>+<<<<<<<<[>+<-<[>>>+>+<<<<-]>>>>[<<<<+>>>>-]<<<>[>>+>+<<<-]>>>[<<<+>>>-]<<<<>>>[>+>+<<-]>>[<<+>>-]<<<[>>>>>+<<<[>+>+<<-]>>[<<+>>-]<[>>[-]<<-]>>[<<<<[>+>+<<-]>>[<<+>>-]<>>>-]<<<-<<-]+>>[<<[-]>>-]<<>[-]<[>>>>>>[-]<<<<<<-]<<>>[-]>[-]<<<]>>>>>>>>[-<<<<<<<[-]<<[>>+>+<<<-]>>>[<<<+>>>-]<<<>>[>+<-]>[[>+>+<<-]>>[<<+>>-]<>+++++++++<[>>>+<<[>+>[-]<<-]>[<+>-]>[<<++++++++++>>-]<<-<-]+++++++++>[<->-]<[>+<-]<[>+<-]<[>+<-]>>>[<<<+>>>-]<>+++++++++<[>>>+<<[>+>[-]<<-]>[<+>-]>[<<++++++++++>>>+<-]<<-<-]>>>>[<<<<+>>>>-]<<<<>[-]<<+>]<[[>+<-]+++++++[<+++++++>-]<-><.[-]>>[<<+>>-]<<-]>++++[<++++++++>-]<.[-]>>>>>>>]<<<<<<<<>[-]<[-]<<-]++++++++++.[-]

是不是很神奇？

下面我们具体说一下思路：

假设我们要打印一个'A' A对应的ascii码为65，当然我们也可以用65个+，不过这样比较LOW

我们先用++++++表示把第一个空间增加到6，然后以此为循环进入第二个空间

每次循环让其加10，即++++++ [ > ++++++++++ < - ] >

此时我们在后面加一个. 运行一下++++++ [ > ++++++++++ < - ] > .输出的应该是一个<，即ascii为60

然后我们再在后面加5个+就能输出A了

好了下面我们输出一个I LOVE YOU试试

还是根据上面的原理，首先I（73），我们把他当作8*9+1来处理，即：++++++++ [ > +++++++++ < - ] > +.

之后我们可以将其变成空格（32），除了直接减去差值以外我们也可以将其归零然后重新赋值，用[-]归零，再加32

即：++++++++ [ > +++++++++ < - ] > +.[-]++++ [ > ++++++++ < - ] > .

然后写L（76），注意，当前值为32，我们可以使其加到38再*2，即：++++++++ [ > +++++++++ < - ] > +.[-]++++ [ > ++++++++ < - ] >.++++++[>++<-]>.

此时你应该输出的I L，看看是不是~~

所以~BrainFuck语言实现起来非常的自由，具体怎样写最简洁最大气就要看你的智商啦~~

接着我们再完成下面的字符输出

++++++++ [ > +++++++++ < - ] > +.[-]++++ [ > ++++++++ < - ] >.++++++[>++<-]>.+++.+++++++.-----------------.[-]++++ [ > ++++++++ < - ] >. -- [ >+++ < - ] >-.----------.++++++.

C语言实现解释器代码：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
char s[30000]={0};
char code[100000];
int len = 0;
int stack[100];
int stack_len=0;
int main(int argc,char**argv)
{
    char c;
    int i=0,j,k,x=0;
    FILE* f;
    char* p=s+10000;
   
    f=fopen(argv[1],"r");
        
    while(fread(&code[len],1,1,f)==1)
	{
        len++;
    }
    setbuf(stdout,NULL);
    while(i<len) {
        switch(code[i]) {
            case '+':
                (*p)++;
                break;
            case '-':
                (*p)--;
                break;
            case '>':
                p++;
                break;
            case '<':
                p--;
                break;
            case '.':
                putchar((int)(*p));
                //printf("put:%hdn",*p);
                break;
            case ',':
                *p=getchar();
                break;
            case '[':
                if(*p) {
                    stack[stack_len++]=i;
                } else {
                    for(k=i,j=0;k<len;k++) {
                        code[k]=='['&&j++;
                        code[k]==']'&&j--;
                        if(j==0)break;
                    }
                    if(j==0)
                        i=k;
                    else {
                        fprintf(stderr,"%s:%dn",__FILE__,__LINE__);
                        return 3;
                    }
                }
                break;
            case ']':
                i=stack[stack_len-- - 1]-1;
                break;
            default:
                break;
        }
        i++;
        //x++;
        //printf("%d : i=%dn",x,i);
    }
    printf("\n");
	system("pause");
    return 0;
}

注：网上相关代码很多，但是大多数都有一个BUG，就是对于嵌套循环即[[]]这样的处理有误。

大家也可以测试输出质数的这个源码，其正好有一个嵌套循环。