用C++实现一个Brainfuck解释器

Brainfuck是一种极小化的计算机语言，只含有8种运算符，由于fuck在英语中是脏话，这种语言有时被称为brainfck或brainf**，甚至被简称为BF。正如它的名字所暗示，brainfuck程序很难读懂,尽管如此，brainfuck却是图灵完备的，也就是说它能够完成所有可计算的任务。
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简介

以下摘自维基百科。

Müller的目标是创建一种简单的、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。这种语言由八种运算符构成，为Amiga机器编写的编译器（第二版）只有240个字节大小。
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。

下面是这八种状态的描述，其中每个状态由一个字符标识：(博客园的markdown居然不支持表格，我实在是...)

如果把这些指令翻译成C语言就是下面这样的：

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示例程序

所以，Brainfuck的程序就是长这样的:

• ,. 这段代码的意思是，从键盘读取一个字符并输出到屏幕
• ,>++++++++[<-->-]<-. 这也是我自己写的第一个BrainFuck程序啊哈哈，功能是，从键盘读取一个大写字母，然后转化成对应的数字，#比如A就输出0，B输出1。

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代码解释

解释下,>++++++++[<-->-]<-.

首先，读取一个大写字母放到[0]里，然后把指针指向[1]，接下来把[1]里的值增加8次，也就是变成8。
然后进入循环，指针左移一位，指向[0]，把[0]的值减两次，又右移一位回到[1]，把[1]的值减少1。因为一开始[1]被赋值为8，所以循环一共能执行8次，因此[0]里的值会被减少8 * 2 = 16，最后[1]变成了0，循环不再执行，这时候指针指向的是[1]，将其左移一位指向[0]，然后将[0]的值减1，所以[0]的值一共减少了16 + 1 = 17此，这刚好是‘A’的ACSII码与'0'的ACSII码的差值

是不是很好玩？

不如写个解释器更好玩。

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解释器

#include <iostream>
#include <stack>
#include <cstdio>
#include <map>
using   namespace   std;

const   int SIZE = 300000;

bool    is_instruction(char);
int main(void)
{

    while(1)
    {
        char    instruction[SIZE];
        char    ch;
        int count = 0;
        while((ch = getchar()) != EOF)          //读取指令，忽略空格回车等非命令字符
            if(is_instruction(ch))
                instruction[count ++] = ch;
        instruction[count] = '\0';

        stack<int>  left_bracket_stack;
        map<int,int>    another_bracket_at;
        bool    instruction_ok = true;          

        for(int i = 0;instruction[i] != '\0';i ++)  //检查代码是否有误，同时匹配括号
        {
            if(instruction[i] == '[')
                left_bracket_stack.push(i);
            else    if(instruction[i] == ']')
            {
                if(left_bracket_stack.empty())
                {
                    instruction_ok = false;
                    break;
                }
                int left_barcket_index = left_bracket_stack.top();;
                left_bracket_stack.pop();
                another_bracket_at[i] = left_barcket_index;
                another_bracket_at[left_barcket_index] = i;
            }
        }
        if(!left_bracket_stack.empty())
            instruction_ok = false;
        if(!instruction_ok)             //如果括号不匹配则输出错误
        {
            puts("代码有误");
            continue;
        }

    
        cout << endl << "***** BEGIN *****" << endl << endl;

        int i = 0;
        char    box[SIZE] = {0};
        char    * cur = box;
        while(instruction[i] != '\0')
        {
            if(instruction[i] == '>')
                cur ++;
            else    if(instruction[i] == '<')
            {
                cur --;
                if(cur < box)           //如果操作会导致数组越界就报错
                {
                    puts("代码有误");
                    break;
                }
            }
            else    if(instruction[i] == '+')
                ++ (*cur);
            else    if(instruction[i] == '-')
                -- (*cur);
            else    if(instruction[i] == '.')
                putchar(*cur);
            else    if(instruction[i] == ',')
                *cur = getchar();
            else    if(instruction[i] == '[')
            {
                if(*cur == 0)
                    i = another_bracket_at[i];
            }
            else    if(instruction[i] == ']')
                if(*cur)
                    i = another_bracket_at[i];
            i ++;
        }

        cout << endl << endl << "***** DONE *****" << endl << endl;
    }

    return 0;
}

bool    is_instruction(char ch)
{
    if(ch == '>' || ch == '<' || ch == '+' || ch == '-' || ch == '.' || ch == ',' || ch == '[' || ch == ']')
        return  true;
    return  false;
}

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代码应该很好懂，逐个字符读入，同时忽略非命令的字符，处理到文件末尾为止。稍微复杂点的就是用到了map和stack来记录每一个括号对应的另外一半的位置。首先每遇到一个[就压进栈里，然后遇到]就从栈顶取出一个[来和它配对，这时候用map来记录他们的位置。

测试程序

输出"Hello World!" :

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

输出字符'A' :

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

把小写字母转换成大写，按回车结束：

,----------[----------------------.,----------]

提示：在控制台输入完指令后按回车，然后按ctrl+z可以模拟EOF

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效果

如有BUG欢迎指出~

转载于:https://www.cnblogs.com/xz816111/p/5341379.html