Question

我想用我刚刚创建的编程语言构建一个Brainfuck（该死的名字）解释器来证明它是图灵完整性。

现在，到目前为止一切都很清楚（<>+-,.） - 除了一件事：循环（[]）。我假设你从这里知道（极其困难的）BF语法：

如何在我的解释器中实现BF循环？

伪代码怎么样？当解释器到达循环开始（[）或循环结束（]）时，我该怎么办？

检查循环是否应该继续或停止不是问题（current cell==0），而是：

我必须在何时何地检查？
如何知道循环开始的位置？
如何处理嵌套循环？

由于循环可以嵌套，我想我不能只使用包含当前循环起始位置的变量。

我已经看到用各种语言实现的非常小的BF解释器，我想知道他们是如何设法让循环工作但却无法弄明白。

Answer 1

当您到达[时，您将测试数据指针。

如果错误，您可以扫描下一个匹配的 ]字符，计算您看到的[个]，并确保将其标记为关闭]。

如果确实如此，您需要跟踪其位置，以便稍后可以跳回到它。我建议使用堆栈。将当前程序位置推入堆栈，然后当到达{{1}}时，测试数据指针。如果是，请转到堆栈上最顶层的程序位置。如果它是假的，则将该位置从堆栈中弹出并继续。

当您嵌入内部循环时，堆栈将干净地记录每个循环的上下文。

见stack (wikipedia)。这类似于汇编程序处理函数调用的方式。

Answer 2

这是我的“优化”解释器版本，预先编译循环跳转。

def interpret2(code):
    data = [0] * 5000   # data memory
    cp = 0              # code pointer
    dp = 0              # data pointer
    # pre-compile a jump table
    stack = []
    jump = [None] * len(code)
    for i,o in enumerate(code):
        if o=='[':
            stack.append(i)
        elif o==']':
            jump[i] = stack.pop()
            jump[jump[i]] = i
    # execute
    while cp < len(code):
        cmd = code[cp]
        if   cmd == '>': dp += 1
        elif cmd == '<': dp -= 1
        elif cmd == '+': data[dp] += 1 
        elif cmd == '-': data[dp] -= 1 
        elif cmd == '.': stdout.write(chr(data[dp]))
        elif cmd == ',': data[dp] = ord(stdin.read(1))
        elif cmd == '[' and not data[dp]: # skip loop if ==0
            cp = jump[cp]
        elif cmd == ']' and data[dp]:     # loop back if !=0
            cp = jump[cp]
        cp += 1

执行代码的干运行，跟踪括号（在堆栈中）并在并行jump数组中标记goto地址，稍后在执行期间查询该数据。

我比较了长时间运行的BF程序的执行速度（计算Pi的N位数），这比无辜的实现提高了2倍，其中源被向前扫描到退出[并向后扫描到循环在]。

Answer 3

如何在我的解释器中实现BF循环？

这就是重点 - 这完全取决于你的语言。对于基于堆栈的编程语言（或任何可以使用堆栈的语言）的情况，@ rjh给出了一个很好的解决方案。其他语言将使用不同的解决方案，例如递归（即隐式使用堆栈）。

Answer 4

从我的头脑中，可能是一些错误，但这样的事情应该有效：

char* interpret(char* instructions){
  char* c = instructions;
  while (*c) {
    if (*c == ".") putchar(*p);
    else if (*c == ",") *p = getchar();
    else if (*c == '+') (*p)++;
    else if (*c == '-') (*p)--;
    else if (*c == '<') p--;
    else if (*c == '>') p++;
    else if (*c == '[') c = interpret(c+1);
    else if (*c == ']') { if (*p) c = instructions else return c; }
    c++;
  }
  return 0;
}

使用brainf * ck源代码调用解释。指针p指向当前存储器位置。在发现[。]时进行递归调用。遇到一个]时从这个递归调用返回。

Answer 5

我更喜欢使用跳转表（以及将原始BF转换为'字节码'）。优化BF解释器显然是要走的路！

在解释器中实现Brainfuck循环

5 个答案: