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![brainfuckの簡単な説明
brainfuck C⾔語
+ a[p]++;
- a[p]--;
> p++;
< p--;
[ while (a[p]) {
] }
. putchar(a[p]);
, a[p] = getchar();
• 8つの命令がある
• 配列とポインタを操作する
char a[ARRAY_SIZE];
int p = 0;
配列の要素のことを
セルと呼びます](https://image.slidesharecdn.com/bf-reusable-210923003338/75/brainfuck-bf-reusable-3-2048.jpg)
![brainfuckのつらさ
a[0] a[1]
結果の数値が⼊る ⼀時的な計算領域](https://image.slidesharecdn.com/bf-reusable-210923003338/75/brainfuck-bf-reusable-7-2048.jpg)
![brainfuckのつらさ
brainfuckプログラミングの⼯程:
• セル配置(どのセルを何の⽬的で使うか)を決める
↑全部決めるのは難しい
実装途中で変えたくなる
• 実装する
↑セル配置を決めないと実装できない
セル配置が変わると修正が⼤変
a[0] a[1]
結果の数値が⼊る ⼀時的な計算領域](https://image.slidesharecdn.com/bf-reusable-210923003338/75/brainfuck-bf-reusable-8-2048.jpg)
![brainfuckのつらさ
←この状況では使えない
ポインタ操作 < > のせいで
コードの再利⽤がやりにくい
a[0] a[1] a[2] a[3], a[4], ...
空 使⽤済 空 使⽤済](https://image.slidesharecdn.com/bf-reusable-210923003338/75/brainfuck-bf-reusable-10-2048.jpg)
![bf-reusableの機能(1) セル確保とセレクタ
セルを確保して名前をつける
a[0] a[1]
名前: y 名前: x
セルの確保例](https://image.slidesharecdn.com/bf-reusable-210923003338/75/brainfuck-bf-reusable-14-2048.jpg)
![bf-reusableの機能(1) セル確保とセレクタ
ループ命令 [ 〜 ] をどう扱うか
while(a[p]) { 〜 }
brainfuckではwhileの条件に⽤いるセルが変わりうる
ポインタがずれないループ
反復のたびにポインタが右に1つずれるループ](https://image.slidesharecdn.com/bf-reusable-210923003338/75/brainfuck-bf-reusable-17-2048.jpg)
![bf-reusableの機能(1) セル確保とセレクタ
bf-reusableの制御⽂その1 ! (while)⽂
! x [ 〜 ]
セレクタ x の指すセルの中⾝が0でない間
[ 〜 ] を繰り返す
条件に⽤いるセルは x に限定](https://image.slidesharecdn.com/bf-reusable-210923003338/75/brainfuck-bf-reusable-18-2048.jpg)
![bf-reusableの機能(1) セル確保とセレクタ
bf-reusableの制御⽂その2 ? (if)⽂
? x [ A ] [ B ]
x のセルの中⾝が0でなければ A、0であれば B
を1度だけ実⾏](https://image.slidesharecdn.com/bf-reusable-210923003338/75/brainfuck-bf-reusable-20-2048.jpg)
![bf-reusableの機能(2) コードの再利⽤
ブロック⽂式
• ⽂の列を [ ] で囲うと式になる
• 展開⽂ (*) で⽂中に展開できる
ブロック⽂式
展開⽂](https://image.slidesharecdn.com/bf-reusable-210923003338/75/brainfuck-bf-reusable-25-2048.jpg)
![bf-reusableの機能(2) コードの再利⽤
コード⽣成例1: ⽂字列出⼒(gen_puts)
• 任意の⽂字列を出⼒するブロック⽂を返す
• (⽂字列リテラルは整数のリストの糖⾐構⽂)
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++.-
--.+++++++..+++.-------------------------------------
------------------------------------------
.++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
+++++++++++++++++++++++++++++++++++.--------.+++.----
--.--------.-----------------------------------------
-------------------------------------------------.[-]](https://image.slidesharecdn.com/bf-reusable-210923003338/75/brainfuck-bf-reusable-32-2048.jpg)
![bf-reusableの機能(3) 配列
i = 0
i = 1
i = 2
ヘッダ b:(0) b:(1) b:(2)
0 x 0 x 0 x 0
ヘッダ b:(0) b:(1) b:(2)
0 x 1 x 0 x 0
ヘッダ b:(0) b:(1) b:(2)
0 x 1 x 1 x 0
ポインタをヘッダに合わせて
>>[>>] で配列要素に移動 <<[<<] で戻る](https://image.slidesharecdn.com/bf-reusable-210923003338/75/brainfuck-bf-reusable-43-2048.jpg)
brainfuckを吐く自作言語bf-reusable
- 1.
- 2. bf-reusableとは • プログラミング⾔語 • brainfuckにコンパイルされる •開発途中 https://github.com/roodni/bf-reusable
- 3. brainfuckの簡単な説明 brainfuck C⾔語 + a[p]++; -a[p]--; > p++; < p--; [ while (a[p]) { ] } . putchar(a[p]); , a[p] = getchar(); • 8つの命令がある • 配列とポインタを操作する char a[ARRAY_SIZE]; int p = 0; 配列の要素のことを セルと呼びます
- 4.
- 5.
- 6. brainfuckのつらさ 例題 ⼊⼒: 10進数の数値(終端は改⾏ ¥n) 出⼒:対応するASCIIコードの⽂字 ⼊出⼒例 ⼊⼒: 48¥n 出⼒: 0
- 7.
- 8.
- 9. brainfuckのつらさ より複雑なプログラムの例 → ポインタ操作 <> がつらい セル配置を変えるのは⼤変 作り直す⽅が早い
- 10. brainfuckのつらさ ←この状況では使えない ポインタ操作 < >のせいで コードの再利⽤がやりにくい a[0] a[1] a[2] a[3], a[4], ... 空 使⽤済 空 使⽤済
- 11. bf-reusableのコンセプト brainfuckで遊びたいが、つらい思いはしたくない brainfuckのつらさを改善して楽しさを残す • ポインタ操作 <> を取り払う • コードを再利⽤しやすくする
- 12.
- 13.
- 14. bf-reusableの機能(1) セル確保とセレクタ セルを確保して名前をつける a[0] a[1] 名前:y 名前: x セルの確保例
- 15. bf-reusableの機能(1) セル確保とセレクタ • セルを指す式(と式の値)のことをセレクタ と呼ぶ • + - . , は対象セルのセレクタを取る ポインタ操作 < > を書かなくて良い コンパイル ⼊出⼒例 ⼊⼒: BB 出⼒: CA
- 16. bf-reusableの機能(1) セル確保とセレクタ + -は第2引数に増減数を取る 出⼒: AFf +++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++. +++++. ++++++++++++++++++++++++++++++++. 算術式 ('a' - 'A') = 32
- 17. bf-reusableの機能(1) セル確保とセレクタ ループ命令 [〜 ] をどう扱うか while(a[p]) { 〜 } brainfuckではwhileの条件に⽤いるセルが変わりうる ポインタがずれないループ 反復のたびにポインタが右に1つずれるループ
- 18. bf-reusableの機能(1) セル確保とセレクタ bf-reusableの制御⽂その1 !(while)⽂ ! x [ 〜 ] セレクタ x の指すセルの中⾝が0でない間 [ 〜 ] を繰り返す 条件に⽤いるセルは x に限定
- 19. bf-reusableの機能(1) セル確保とセレクタ bf-reusableの制御⽂その1 !(while)⽂ hogeの2倍をfugaに加算する hogeはゼロになる ポインタ位置を hogeに合わせている
- 20. bf-reusableの機能(1) セル確保とセレクタ bf-reusableの制御⽂その2 ?(if)⽂ ? x [ A ] [ B ] x のセルの中⾝が0でなければ A、0であれば B を1度だけ実⾏
- 21. bf-reusableの機能(1) セル確保とセレクタ bf-reusableの制御⽂その2 ?(if)⽂ Q. whileの組み合わせでifを作れるのに ifを組み込んだのはなぜですか？ A. 「⾮破壊if」を⽤いたコードを⽣成するためです • セルの中⾝を変更せずに分岐するbrainfuckのテクニック(詳細は割愛) • whileの組み合わせで作るifより⾼速 • 条件に⽤いたセルに隣接するセル2つが追加で確保されることに注意
- 22.
- 23. bf-reusableの機能(2) コードの再利⽤ ⽂ • brainfuckのコードに変換 式 •⽂のパラメータとして記述 • コンパイル時 に評価され値に ⽂ 式
- 24. bf-reusableの機能(2) コードの再利⽤ 値 の種類 •整数 • 真偽 • 関数 • ペア • リスト • セレクタ • ブロック⽂ 整数になる セレクタになる
- 25. bf-reusableの機能(2) コードの再利⽤ ブロック⽂式 • ⽂の列を[ ] で囲うと式になる • 展開⽂ (*) で⽂中に展開できる ブロック⽂式 展開⽂
- 26.
- 27.
- 28.
- 29. bf-reusableの機能(2) コードの再利⽤ 複雑な例: 10進数⼊⼒のプログラムを再利⽤したい ⼀時的に使うセルを渡すのが⾯倒 gen_input の引数はdest だけにしたい 計算のため⼀時的に使うセル
- 30. bf-reusableの機能(2) コードの再利⽤ セル確保⽂ $alloc(別名 $var) • ⽂中でセルを確保する • セレクタは in の内側で有効 関数呼び出しが簡単になった！
- 31. bf-reusableの機能(2) コードの再利⽤ セル確保⽂ $alloc •確保したセルの中⾝はゼロ
- 32. bf-reusableの機能(2) コードの再利⽤ コード⽣成例1: ⽂字列出⼒(gen_puts) •任意の⽂字列を出⼒するブロック⽂を返す • (⽂字列リテラルは整数のリストの糖⾐構⽂) +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++.- --.+++++++..+++.------------------------------------- ------------------------------------------ .++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++++++++++++++++++++++++++++++++.--------.+++.---- --.--------.----------------------------------------- -------------------------------------------------.[-]
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- 35.
- 36. bf-reusableの機能(2) コードの再利⽤ コード⽣成例2: セルの中⾝で分岐する(gen_switch) 実装:がんばる • brainfuckを書くよりまし • ⼀度作れば後で使える
- 37. bf-reusableの機能(2) コードの再利⽤ マクロ vsサブルーチン 「ブロック⽂を返す関数」はマクロのようなもの brainfuckはプログラムカウンタを⾃由に動かせない → サブルーチン(callとreturn)の実装が難しい
- 38. bf-reusableの機能(2) コードの再利⽤ マクロ vsサブルーチン 参考 https://github.com/n4o847/nazuki-hs • brainfuckにコンパイルされる⾔語 • VMを構築してbrainfuckでエミュレート • VMのジャンプ命令でサブルーチンを実現
- 39. bf-reusableの機能(3) 配列 配列 • 連続した領域を確保する 01 2 3 4 5 a:(0) a:(1) a:(2) x y x y x y 配列の確保例
- 40. bf-reusableの機能(3) 配列 配列の要素へのセレクタ その1. 添字を直接指定 01 2 3 4 5 a:(0) a:(1) a:(2) x y x y x y 'A' 0 'B' 0 0 'Y'
- 41.
- 42. bf-reusableの機能(3) 配列 インデックス • 配列の添字を記憶するセルの並び •経由して配列要素にアクセスできる 0 1 2 3 4 5 6 ヘッダ b:(0) b:(1) b:(2) i x i x i x i
- 43. bf-reusableの機能(3) 配列 i =0 i = 1 i = 2 ヘッダ b:(0) b:(1) b:(2) 0 x 0 x 0 x 0 ヘッダ b:(0) b:(1) b:(2) 0 x 1 x 0 x 0 ヘッダ b:(0) b:(1) b:(2) 0 x 1 x 1 x 0 ポインタをヘッダに合わせて >>[>>] で配列要素に移動 <<[<<] で戻る
- 44. bf-reusableの機能(3) 配列 シフト⽂ (<>): インデックスを左右に動かす 右に1つ移動 0 1 2 3 4 5 6 ヘッダ b:(0) b:(1) b:(2) i x i x i x i 0 1 1 2 0 3 0
- 45. bf-reusableの機能(3) 配列 インデックスと!⽂ (while) •インデックスは ! の条件に指定できる • インデックスが0になるまで繰り返す
- 46.
- 47. bf-reusableの機能(3) 配列 ⭕ 無限配列は複数確保できる codetape code:(0) tape:(0) code:(1) tape:(1) … i i inst depth i v i … … 確保例
- 48.
- 49. bf-reusableの機能(3) 配列 ⽂ $dive $dive(インデックスのセレクタ) (ブロック⽂) $dive内部の$allocは • インデックスの所属する配列下 • インデックスの指す添字 にセルを確保する ↑brainfuckインタプリタの⼀部
- 50. bf-reusableの機能(3) 配列 ⽂ $dive 例:depth_cur • インデックス code@i に付属 • code@i をシフトすると 同時にdepth_curも移動する ↑brainfuckインタプリタの⼀部
- 51. bf-reusableの機能(3) 配列 ⽂ $dive •$alloc を使うコード⽣成関数(例: gen_input)に インデックスを含むセレクタを与えるとき便利 • 配列と配列外の往復が減る • コード⻑の短縮 • 実⾏速度の向上
- 52.
- 53.
- 54. bf-reusableの機能(3) 配列 例題2: 10進数出⼒ ⼊⼒:1⽂字 出⼒: 対応するASCIIコード(10進数) ⼊出⼒例 ⼊⼒: A 出⼒: 65
- 55. bf-reusableの機能(3) 配列 例題2: 10進数出⼒…… 多倍⻑10進カウンタを作る • リトルエンディアン • 10進数を1桁ずつ持つ n 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 意味 未使⽤ 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
- 56. bf-reusableの機能(3) 配列 例題2: 10進数出⼒…… 多倍⻑10進カウンタを作る インクリメント→ 出⼒→
- 57.
- 58. bf-reusableの機能(3) 配列 例題3: FizzBuzz ⼊出⼒例 ⼊⼒:15¥n 出⼒: 1 2 Fizz 4 Buzz Fizz 7 8 Fizz Buzz 11 Fizz 13 14 FizzBuzz
- 59. bf-reusableの機能(3) 配列 例題3: FizzBuzz •gen_input • 10進カウンタ • gen_puts を再利⽤した
- 60.
- 61. bf-reusableのコンパイルの流れ bf-reusable 中間⾔語 bf-named brainfuck • 式の評価 •ブロック⽂の展開 • $alloc の削除 • セル配置の決定 • (ここに最適化を実装したい) • コード⽣成
- 62. 今後の課題 • 別ファイルのimport機能とライブラリ作成 • パターンマッチの実装(今はリストしかない) • データ構造の名前定義 • 静的型検査 • ⽣成するコードの最適化
- 63. 参考資料 • Aminet -dev/lang/brainfuck-2.lha https://aminet.net/package/dev/lang/brainfuck-2 • Brainfuck にコンパイルされる⾔語 Nazuki の 2020 年の進捗状況 https://n4o847.hatenablog.com/entry/2020/12/24/182051 • 実⽤Brainf*ckプログラミング https://www.slideshare.net/KMC_JP/brainfck • hsjoihs/camphorscript: A C-like language designed to help write brainf*ck https://github.com/hsjoihs/camphorscript