W dzisiejszym artykule zajmiemy się tematem Brainfuck, zagadnieniem, które wzbudziło duże zainteresowanie współczesnego społeczeństwa. Brainfuck to temat, który w ostatnim czasie był przedmiotem debat i kontrowersji, dlatego niezwykle ważne jest zrozumienie jego znaczenia i wpływu na nasze życie. W tym artykule zbadamy różne aspekty związane z Brainfuck, od jego pochodzenia i historii po dzisiejsze znaczenie. Ponadto omówimy różne punkty widzenia i opinie, które istnieją wokół Brainfuck, w celu zaoferowania pełnej i wzbogacającej wizji tego bardzo istotnego tematu. Przygotuj się na zanurzenie w ekscytującym świecie Brainfuck i odkryj wszystko, co ma do zaoferowania to wydanie!
| Pojawienie się |
wrzesień 1993 |
|---|---|
| Paradygmat | |
| Twórca |
Urban Müller |
| Platforma sprzętowa | |
| Strona internetowa | |
Brainfuck[a] – ezoteryczny język programowania stworzony w 1993 roku przez Urbana Müllera[1], znany ze swojego skrajnego minimalizmu. Język ten składa się z zaledwie ośmiu prostych komend oraz wskaźnika instrukcji. Pomimo tego, że jest on zupełny w sensie maszyny Turinga, nie został zaprojektowany do praktycznego użycia, a do zachęcania programistów do pisania prostych programów.
Nazwa języka brainfuck jest angielskim złożeniem składającym się z wyrazów brain (mózg) oraz fuck (pieprzyć) co na polski można tłumaczyć jako „mózgojeb”.
Celem Müllera było stworzenie jak najmniejszego kompilatora[2]. Oryginalny kompilator, napisany na Amigę, ma rozmiar 240 bajtów[2].
Jak sugeruje nazwa, programowanie w tym języku jest trudne. Bez względu na to w Brainfucku można zaimplementować dowolny algorytm, ponieważ język ten jest zupełny w sensie maszyny Turinga.
Język opiera się na prostym modelu maszyny, składającym się, oprócz programu, z tablicy bajtów (zazwyczaj 30000) zainicjowanych zerami oraz wskaźnika do tej tablicy, zainicjowanego tak, aby wskazywał na jej pierwszy element[2].
Brainfuck zawiera 8 następujących jednoznakowych instrukcji:
| Znak | Znaczenie | Odpowiednik w C |
|---|---|---|
| (Rozpoczęcie programu) | inicjacja tablicy bajtów i wskaźnika do jej pierwszego elementu | char array = {0};char *p=array;
|
>
|
zwiększa wskaźnik o 1 | ++p;
|
<
|
zmniejsza wskaźnik o 1 | --p;
|
+
|
zwiększa o 1 w bieżącej pozycji | ++(*p);
|
-
|
zmniejsza o 1 w bieżącej pozycji | --(*p);
|
.
|
wyświetla znak w bieżącej pozycji (ASCII) | putchar(*p);
|
,
|
pobiera znak i wstawia go w bieżącej pozycji (ASCII) | *p=getchar();
|
[
|
skacze bezpośrednio za odpowiadający mu ], jeśli w bieżącej pozycji znajduje się 0
|
while(*p){
|
]
|
skacze do odpowiadającego mu [
|
}
|
Przy czym „bieżąca pozycja” oznacza element w tablicy wskazywany przez wskaźnik (w odpowiednikach w C, p oznacza wskaźnik).
Wszystkie inne znaki są ignorowane, co jest przydatne przy pisaniu komentarzy.
Następujący program drukuje napis „Hello World!” na ekranie i przechodzi do nowej linii:
++++++++++
[
>+++++++>++++++++++>+++>+<<<<-
] Na początek ustawiamy kilka przydatnych później wartości
>++. drukuje 'H'
>+. drukuje 'e'
+++++++. drukuje 'l'
. drukuje 'l'
+++. drukuje 'o'
>++. spacja
<<+++++++++++++++. drukuje 'W'
>. drukuje 'o'
+++. drukuje 'r'
------. drukuje 'l'
--------. drukuje 'd'
>+. drukuje '!'
>. nowa linia
Dla względów czytelności kod programu został podzielony na kilka linii i zostały dodane komentarze. Brainfuck traktuje wszystkie znaki poza +-<>,. jako komentarz. Równie dobrze powyższy program można by zapisać jako:
++++++++++>++.>+.+++++++..+++.>++.<<+++++++++++++++.>.+++.------.--------.>+.>.
Prosty program, który ustawia wartość w aktualnej komórce na 0. Mówiąc ściślej, tak długo dekrementuje wartość w aktualnej komórce, jak długo jest ona większa od 0.
,
Pętla, która pobiera z wejścia kolejne znaki i drukuje je na ekranie tak długo, aż wczytany zostanie znak końca pliku (EOF). W niektórych implementacjach znak EOF ma wartość -1, wtedy odpowiadający program wygląda następująco:
,+
>,
Ciekawsza wersja poprzedniego programu, tym razem dodatkowo zapisujemy wejście do kolejnych komórek.
Powyższy kod dodaje wartość w aktualnej komórce do następnej komórki. Warto zauważyć, że zeruje to wartość w aktualnej komórce.
,----------
Powyższy program pobiera wejście (małe litery alfabetu angielskiego) zakończone znakiem nowej linii (czyli wciśnięciem entera) i drukuje je, wcześniej zwiększając litery na wielkie.
Na początku wczytujemy pierwszy znak i odejmujemy od niego 10 (wartość znaku liczona jest w kodzie ASCII, znak nowej linii ma wartość ASCII 10). Gdyby wczytano znak nowej linii, program zakończyłby się, w innym wypadku odejmujemy od niego 22 (razem z poprzednimi 10 odjęliśmy już 32, czyli różnicę między odpowiednimi małymi i wielkimi literami), drukujemy na ekranie, po czym znowu wczytujemy znak, odejmujemy 10 i wracamy do początku pętli.
(Jako że przykłady robią się coraz bardziej skomplikowane, przyjmijmy dla ułatwienia, że , , i tak dalej odnoszą się do kolejnych komórek)
Powiedzmy, że chcemy skopiować wartość z do . Najprostszym sposobem jest intuicyjne:
Takie wywołanie ustawi wartość w na 0. Aby odzyskać początkową wartość , możemy przekopiować do i równocześnie, a następnie kopiując wartość z do . Program realizujący to zadanie wygląda tak:
kopiujemy z (0) do (1) i (2)
>><< kopiujemy z (2) do (0)
Poniżej widać proste implementacje podstawowych operacji arytmetycznych. Są one bardzo uproszczone, tzn. wejściem są dwie cyfry, także wynik musi być cyfrą.
,>++++++,<.
Program wczytuje dwie jednocyfrowe liczby i drukuje rezultat dodawania. Program zadziała poprawnie tylko wtedy, gdy rezultat jest cyfrą.
43
7
Wczytujemy do pierwszą cyfrę i odejmujemy od niej 48 (kody ASCII dla cyfr 0-9 to 48-57). Odejmowanie to jest zrobione za pomocą prostej pętli: najpierw wstawiamy 6 do , a następnie tak długo, jak jest różna od zera odejmujemy 8 od , i w końcu odejmujemy 1 od . Następnie wczytujemy drugą cyfrę do . Następna pętla dodaje drugą liczbę do pierwszej i zeruje . Na końcu drukujemy wartość z .
,>,>++++++++
<<>><<<-]
>>>++++++<.
Podobnie jak poprzednio, jednak tym razem mnożymy zamiast dodawać.
Pierwszą cyfrę przechowujemy w , drugą w . Obie zmniejszamy o 48.
Tutaj zaczyna się pętla główna programu. Działamy według zasady: odejmij 1 od , po czym dodaj wartość z do .
Na końcu dodajemy 48 do i drukujemy rezultat na ekranie.
,>,>++++++ przechowuje dwie cyfry w (0) i (1) od obu odejmujemy 48
<<[ powtarzaj dopóki dzielna jest niezerowa
> kopiuj dzielnik z (1) do (2) i (3) (1) się zeruje
>[-<<- odejmujemy 1 od dzielnej (0) i dzielnika (2) dopóki (2) nie jest 0
>>>]>>]<<] jeżeli dzielna jest zerem wyjdź z pętli
>>>+ dodaj jeden do ilorazu w (5)
<< kopiuj zapisany dzielnik z (3) do (1)
<<<] przesuń wskaźnik na (0) i powtórz pętlę
>>>>> kopiuj iloraz z (5) do (0)
<<<<++++++<. dodaj 48 i drukuj wynik
Po wczytaniu dwóch cyfr powyższy program oblicza ich iloraz (ignorując resztę) i drukuje go na ekranie.