13-10-2023
Класс языка: |
эзотерический |
---|---|
Появился в: |
1993 |
Автор(ы): |
Урбан Мюллер |
Диалекты: |
BrainSub, Brainfork, Brainloller, COW, Ook, Pbrain, Smallfuck, Spoon, LOLCODE, Whitespace,DoubleFuck, Feckfeck |
Испытал влияние: |
Brainfuck (англ. brain мозг + fuck) — один из известнейших эзотерических языков программирования, придуман Урбаном Мюллером (нем. Urban Müller) в 1993 году для забавы. Язык имеет восемь команд, каждая из которых записывается одним символом. Исходный код программы на Brainfuck представляет собой последовательность этих символов без какого-либо дополнительного синтаксиса.
Одним из мотивов Урбана Мюллера было создание языка с как можно меньшим компилятором. Отчасти он был вдохновлён языком FALSE, для которого существовал компилятор размера 1024 байта. Существуют компиляторы языка Brainfuck размера меньше 200 байт.[1] Программы на языке Brainfuck писать сложно, за что его иногда называют языком для мазохистов. Но при этом важно отметить, что Brainfuck является вполне естественным, полным и простым языком и может использоваться при определении понятия вычислимости.
Машина, которой управляют команды Brainfuck, состоит из упорядоченного набора ячеек и указателя текущей ячейки, напоминая ленту и головку машины Тьюринга. Кроме того, подразумевается устройство общения с внешним миром (см. команды . и ,) через поток ввода и поток вывода.
Язык Brainfuck можно описать с помощью эквивалентов языка Си (предполагается, что переменная p объявлена как указатель на байт):
Команда Brainfuck | Эквивалент на Си | Описание команды |
---|---|---|
> |
++p; |
перейти к следующей ячейке |
< |
--p; |
перейти к предыдущей ячейке |
+ |
++(*p); |
увеличить значение в текущей ячейке на 1 |
- |
--(*p); |
уменьшить значение в текущей ячейке на 1 |
. |
putchar(*p); |
напечатать значение из текущей ячейки |
, |
*p = getchar(); |
ввести извне значение и сохранить в текущей ячейке |
[ |
while (*p) { |
если значение текущей ячейки нуль, перейти вперёд по тексту программы на ячейку, следующую за соответствующей ] (с учётом вложенности) |
] |
} |
если значение текущей ячейки не нуль, перейти назад по тексту программы на символ [ (с учётом вложенности) |
Несмотря на внешнюю примитивность, Brainfuck с бесконечным набором ячеек имеет тьюринговскую полноту, а, следовательно, по потенциальным возможностям не уступает «настоящим» языкам, подобным Си, Паскалю или Java.
Brainfuck подходит для экспериментов по генетическому программированию из-за простоты синтаксиса, и, соответственно, генерации исходного кода.
В «классическом» Brainfuck, описанном Мюллером, размер ячейки — один байт, количество ячеек 30 000. В начальном состоянии указатель находится в крайней левой позиции, а все ячейки заполнены нулями. Увеличение/уменьшение значений ячеек происходит по модулю 256. Ввод/вывод также происходит побайтно, с учётом кодировки ASCII (то есть в результате операции ввода (,) символ 1 будет записан в текущую ячейку как число 0x31 (49), а операция вывода (.), совершённая над ячейкой, содержащей 0x41 (65), напечатает латинскую А). В других вариантах языка размер и количество ячеек может быть другим (бо́льшим). Есть версии, где значение ячеек не целочисленно (с плавающей точкой).
Содержание |
++++++++++[>+++++++>++++++++++>+++>+<<<<-]>++ .>+.+++++++..+++.>++.<<+++++++++++++++.>.+++. ------.--------.>+.>.
Разбор программы:
Подготовка в памяти (с ячейки 1) массива значений, близких к ASCII-кодам символов, которые необходимо вывести (70, 100, 30, 10), через повторение 10 раз приращения ячеек на 7, 10, 3 и 1, соответственно | ||
++++++++++ |
присваивание ячейке 0 (счетчику) значения 10 | |
[ |
повторять, пока значение текущей ячейки (ячейки 0) больше нуля | |
>+++++++ |
приращение ячейки 1 на 7 | |
>++++++++++ |
приращение ячейки 2 на 10 | |
>+++ |
приращение ячейки 3 на 3 | |
>+ |
приращение ячейки 4 на 1 | |
<<<<- |
возврат к ячейке 0 (счетчику), и его уменьшение на 1 | |
] |
вернуться к началу цикла | |
Получение кодов букв и их вывод | ||
>++. |
Вывод «Н». Получение кода «H» (72) из 70 в ячейке 1 и вывод | |
>+. |
Вывод «e». Получение кода «e» (101) из 100 в ячейке 2 и вывод | |
+++++++.. |
Вывод «ll». Получение кода «l» (108) из 101 в ячейке 2 и вывод дважды | |
+++. |
Вывод «o». Получение кода «o» (111) из 108 в ячейке 2 и вывод | |
>++. |
Вывод пробела. Получение кода пробела (32) из 30 в ячейке 3 и вывод | |
<<+++++++++++++++. |
Вывод «W». Получение кода «W» (87) из 72 в ячейке 1 и вывод | |
>. |
Вывод «o». Код «o» (111) уже находится в ячейке 2, просто его выводим | |
+++. |
Вывод «r». Получение кода «r» (114) из 111 в ячейке 2 и вывод | |
------. |
Вывод «l». Получение кода «l» (108) из 114 в ячейке 2 и вывод | |
--------. |
Вывод «d». Получение кода «d» (100) из 108 в ячейке 2 и вывод | |
>+. |
Вывод «!». Получение кода «!» (33) из 32 в ячейке 3 и вывод | |
>. |
Вывод кода перевода строки (10) из ячейки 4 |
В принципе, печать «Hello World!» можно реализовать проще, но программа будет в три с лишним раза больше, чем приведённый выше оптимизированный вариант:
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++++++++++++++++++++++++.+++++++++++++++++ ++++++++++++.+++++++..+++.------------------- --------------------------------------------- ---------------.+++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++.++++++++++++++++++ ++++++.+++.------.--------.------------------ --------------------------------------------- ----.-----------------------.
Каждый начинающий программировать на Brainfuck немедленно сталкивается со следующими проблемами:
Эти проблемы могут быть решены.
Обозначим через @(k) сдвиг на k ячеек вправо, если k>0, и влево, если k<0 Соответственно, @(k) = >…k раз…> либо <…-k раз…<
zero(): обнуление текущей ячейки: [-] = [+]
add(k): прибавление значения ячейки n (текущей) к значению ячейки n+k: [ — @(k) + @(-k) ] при этом значение ячейки n теряется (обнуляется).
mov(k): копирование значения ячейки n (текущей) в ячейку n+k с потерей (обнулением) значения ячейки n: @(k) zero() @(-k) add(k) = @(k) [-] @(-k) [ — @(k) + @(-k) ]
copy(k,t): копирование значения ячейки n (текущей) в ячейку n+k c использованием промежуточной ячейки n+k+t, благодаря чему значение ячейки n не теряется (сохраняется). @(k) zero() @(t) zero() @(-k-t) [ — @(k) + @(t) + @(-k-t) ] @(k+t) mov(-k-t) = @(k) [-] @(t) [-] @(-k-t) [ — @(k) + @(t) + @(-k-t) ] @(k+t) [ — @(-k-t) + @(k+t) ]
ifelse(t): если текущая ячейка>0, то выполняется условие true если текущая ячейка=0, то выполняется условие false t-относительный номер вспомогательной ячейки: @(t)[-]+@(-t) устанавливаем флаг 1 для случая else [ здесь действия ветки true @(t)[-]@(-t) устанавливаем флаг 0 для случая else [-] выход из цикла ] @(t) [@(-t) здесь действия ветки false @(t)[-] выход из цикла ] @(-t-1)
Brainfuck почти не используется для практического программирования (за исключением работ отдельных энтузиастов), а используется преимущественно для головоломок и задач для соревнований.
Ook! | COW | Brainfuck | Описание |
Ook. Ook. | MoO | + | Значение текущей ячейки увеличивает на 1 |
Ook! Ook! | MOo | - | Значение текущей ячейки уменьшают на 1 |
Ook. Ook? | moO | > | Следующая ячейка |
Ook? Ook. | mOo | < | Предыдущая ячейка |
Ook! Ook? | moo | [ | Начало цикла |
Ook? Ook! | MOO | ] | Конец цикла |
Ook! Ook. | OOM | . | Вывод значения текущей ячейки |
Ook. Ook! | oom | , | Запрос значения текущей ячейки |
mOO | отсутствует | Выполняет инструкцию с номером, который берётся из текущей ячейки (если значение в текущей ячейке равно 3, то это приводит к бесконечному циклу). | |
Moo | отсутствует | Если значение текущей ячейки равно нулю, то ввести его с клавиатуры; если же значение текущей ячейки — не ноль, то вывести его на экран. | |
OOO | [-] | Обнуляет значение в текущей ячейке | |
MMM | отсутствует |
Ещё описание множества диалектов этого языка можно найти в вики-энциклопедии эзотерических языков[2]
Основные языки программирования (сравнение • IDE • история • хронология) | |
---|---|
Используемые в разработке |
Ада • APL • Язык ассемблера • ActionScript • ABAP/4 • AutoIt • AWK • Бейсик • Си • Кобол • C++ • C# • Cω • Clarion • Clojure • ColdFusion • Common Lisp • D • dBase • Delphi • Eiffel • Erlang • Euphoria • F# • Форт • Фортран • Gambas • Go • Groovy • HAL/S • Haskell • Icon • Java • JavaScript • Limbo • Lua • Модула-3 • Object Pascal • Objective-C • OCaml • Oz • Parser • Паскаль • Компонентный Паскаль • Perl • PHP • PowerBASIC • Python • ПЛ/1 • Пролог • Ruby • Scala • Scheme • Smalltalk • SQL • PL/SQL • Tcl • Vala • Visual Basic (.NET) |
Академические | |
IEC 61131-3 |
Instruction List • ST • FBD • Ladder Diagram (LD) • SFC |
Прочие | |
Эзотерические | |
Визуальные |
Brainfuck.