brainfuck - Brainfuck Hello World 实际上是如何工作的？

Question

有人把这个发给我，并声称这是 Brainfuck 中的一个 Hello World (我希望如此......)

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

我知道它通过移动指针以及递增和递减内容来工作的基础知识......

但我还是想知道，它到底是如何运作的？它首先是如何在屏幕上打印任何内容的？它如何对文本进行编码？完全看不懂……

Answer 1

1。基础知识

要理解 Brainfuck，您必须想象由 0 初始化的无限单元格数组。每个。

...[0][0][0][0][0]...

当brainfuck程序启动时，它指向任何单元格。

...[0][0][*0*][0][0]...

如果向右移动指针 >您正在将指针从单元格 X 移动到单元格 X+1

...[0][0][0][*0*][0]...

如果增加单元格值+你得到:

...[0][0][0][*1*][0]...

如果再次增加单元格值+你得到:

...[0][0][0][*2*][0]...

如果减小单元格值-你得到:

...[0][0][0][*1*][0]...

如果向左移动指针 <您正在将指针从单元格 X 移动到单元格 X-1

...[0][0][*0*][1][0]...

2。输入

要读取字符，请使用逗号 , 。它的作用是:从标准输入读取字符并将其十进制 ASCII 代码写入实际单元格。

看看ASCII table 。例如，十进制代码 !是 33 ，而a是 97 .

好吧，让我们想象一下您的 BF 程序内存如下所示:

...[0][0][*0*][0][0]...

假设标准输入代表 a , 如果您使用逗号 ,运算符(operator)，BF所做的就是读取a十进制 ASCII 代码 97内存:

...[0][0][*97*][0][0]...

您通常会这样想，但事实要复杂一些。事实上，BF 读取的不是字符而是字节(无论该字节是什么)。让我向您展示示例:

在Linux中

$ printf ł

打印:

ł

这是特定的波兰语字符。该字符不是通过 ASCII 编码进行编码的。在本例中，它是 UTF-8 编码，因此它过去在计算机内存中占用多个字节。我们可以通过制作十六进制转储来证明这一点:

$ printf ł | hd

显示:

00000000  c5 82                                             |..|

零是偏移的。 82是第一个并且 c5是表示 ł 的第二个字节(以便我们阅读它们)。 |..|是图形表示，在这种情况下是不可能的。

好吧，如果你通过 ł作为读取单字节的 BF 程序的输入，程序内存将如下所示:

...[0][0][*197*][0][0]...

为什么197 ？嗯197十进制为 c5十六进制。看起来很熟悉？当然。它是 ł 的第一个字节!

3。输出

要打印字符，请使用点 .它的作用是:假设我们将实际单元格值视为十进制 ASCII 代码，将相应的字符打印到标准输出。

好吧，让我们想象一下您的 BF 程序内存如下所示:

...[0][0][*97*][0][0]...

如果你现在使用点(.)运算符，BF所做的是打印:

a

因为a ASCII 的十进制代码是 97 .

例如 BF 程序是这样的(97 加 2 点):

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++..

将其指向的单元格的值增加到 97 并打印出来 2 次。

aa

4。循环

BF 循环由循环开始 [ 组成和循环结束] 。您可以认为这就像 C/C++ 中的 while ，其中条件是实际单元格值。

看看下面的BF程序:

++[]

++将实际单元格值增加两倍:

...[0][0][*2*][0][0]...

和[]就像 while(2) {} ，所以它是无限循环。

假设我们不希望这个循环是无限的。例如我们可以这样做:

++[-]

因此，每次循环都会减少实际单元格值。一旦实际单元格值为 0循环结束:

...[0][0][*2*][0][0]...        loop starts
...[0][0][*1*][0][0]...        after first iteration
...[0][0][*0*][0][0]...        after second iteration (loop ends)

让我们考虑有限循环的另一个例子:

++[>]

此示例显示，我们不必在循环开始的单元格处完成循环:

...[0][0][*2*][0][0]...        loop starts
...[0][0][2][*0*][0]...        after first iteration (loop ends)

但是，从开始的地方结束是一个很好的做法。为什么 ？因为如果循环结束它开始的另一个单元格，我们无法假设单元格指针将在哪里。说实话，这种做法让brainfuck变得不那么brainfuck了。