Brainfuck 是一种特殊的编程语言，它只有 8 个指令，而且非常简单。Brainfuck的源代码是由一系列的指令组成的，这些指令可以操作一个数组，也可以输出或输入数据。
要用 C 语言来编写 Brainfuck 的代码，可以按照以下步骤进行：
-
定义一个 char 类型的数组作为 Brainfuck 的数据空间。
-
读取用户输入的 Brainfuck 源代码。
-
根据读入的源代码，使用 switch-case 语句实现 Brainfuck 的 8 个指令，包括：+，-，>，<，.，,，[，]。
>：将指针右移。如果指针已经达到数组的末尾，则返回出错。
<：将指针左移。如果指针已经达到数组的开头，则返回出错。
+：将指针所指的内存块的值加1。
-：将指针所指的内存块的值减1。
.：输出指针所指的内存块的值。（ASCII码）
,：等待输入，并将输入的字符存储到指针所指的内存块中。（ASCII码）
[：如果指针所指的内存块的值为0，则跳转到对应的’]‘之后；否则继续执行下一个指令。
]：如果指针所指的内存块的值不为0，则跳转到对应的’['之后；否则继续执行下一个指令。
该函数返回0表示执行成功，返回-1表示出错。 -
声明一个指针用于指向当前数据空间的位置。
实现 Brainfuck 中的循环语句。对于 [ 指令，需要记录当前指针位置，当该位置存储的值为 0 时则跳转到下一个 ] 指令；对于 ] 指令，需要回到上一个 [ 指令的位置重新执行。
简易的代码实现：
#include <stdio.h>
int main(){
char array[30000] = {
0}; // 定义数据空间
char input[1000]; // 存储 Brainfuck 源代码
char *ptr = array; // 定义指针指向数据空间头部
printf("请输入 Brainfuck 源代码：\n");
fgets(input, 1000, stdin); // 读取用户输入的 Brainfuck 源代码
for (char *p = input; *p; p++)
{
switch (*p)
{
case '>': ptr++; break;
case '<': ptr--; break;
case '+': (*ptr)++; break;
case '-': (*ptr)--; break;
case '.': putchar(*ptr); break;
case ',': *ptr = getchar(); break;
case '[':
{
char *tmp = p;
while (*ptr)
{
p++;
while (*p)
{
if (*p == '[') p++;
else if (*p == ']')
{
if (--tmp == p) break;
else p++;
}
}
}
break;
}
case ']':
{
char *tmp = p;
while (*ptr)
{
p--;
while (p >= input)
{
if (*p == ']') p--;
else if (*p == '[')
{
if (++tmp == p) break;
else p--;
}
}
}
break;
}
}
}
return 0;
}
在上述代码中，我们定义了一个包含 30000 个字符的数组，作为 Brainfuck 的数据空间；然后读取用户输入的源代码，通过 switch-case 语句实现 Brainfuck 的 8 种指令；最后定义一个指针指向数据空间头部，实现循环语句。
需要注意的是，Brainfuck 的源代码较为特殊，一些字符可能会被特殊处理。因此，在实现时需要注意，不能被转义的字符需要单独处理。
除了用一个字符数组来模拟，我们还可以利用结构体来做一些比较复杂的实现：
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#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include<string.h>
// Interpreter state
struct BFState {
// The array and the size of the array.
size_t array_len;
uint8_t* array;
// Pointer to the current position in the array; array <= cur < (array+array_len)
uint8_t* cur;
};
//typedef unsigned char uint8_t;
/*
parameter:
state:
一个指向 BFState 结构体的指针，该结构体记录了 brainfuck 程序的运行状态和数据。
在函数内部，我们通过对 state 指针所引用的结构体进行操作，来实现 brainfuck 程序的运行。
program:
一个指向常量字符串的指针，该字符串表示要执行的 brainfuck 程序。
在函数内部，我们需要解析该字符串并根据解析结果来执行各种指令，对state进行操作，
从而实现整个 brainfuck 程序的执行。
*/
// Return 0 on success, and -1 in case of an error (e.g., an out-of-bounds access).
int brainfuck(struct BFState* state, const char* program) {
size_t program_len = 0; //brainfuck程序的长度
int ip = 0; // instruction pointer 程序指针
while(program[program_len] != '\0') program_len++;
// printf("%d\n%s\n", program_len, program);
//扫描程序的每一个指令
while (ip < program_len) {
// printf("%c ", program[ip]);
switch (program[ip]) {
case '>': // rightward shift
if (state->cur + 1 >= state->array + state->array_len) {
return -1; // out of bounds
}
ip++;
state->cur++;
break;
case '<': // leftward shift
if (state->cur - 1 < state->array) {
printf("error here\n");
return -1; // out of bounds
}
ip++;
state->cur--;
break;
case '+': // plus 1
(*(state->cur))++;
ip++;
break;
case '-': // minus 1
(*(state->cur))--;
ip++;
break;
case '.': // output
putchar(*state->cur);
ip++;
fflush(stdout); // ensure output is immediately written to the console
break;
case ',': // Waits for input and stores the input character into the block of memory pointed to by the pointer
*state->cur = getchar();
ip++;
break;
case '[':
if ((*(state->cur)) == 0) {
// move to the matching ]
size_t nesting_level = 1;
ip++;
while (ip < program_len) {
if (program[ip] == '[') nesting_level++; //左括号
else if (program[ip] == ']') nesting_level--; //右括号（抵消）
if(nesting_level == 0) break; //如果抵消之后为零，这个右括号就是与之匹配的
ip++;
}
if (ip == program_len) {
return -1; // no matching ]
}
}
ip++;
break;
case ']':
if ((*(state->cur)) != 0) {
// move to the matching [
int nesting_level = 1;
ip--;
while (ip >= 0) {
if (program[ip] == ']') nesting_level++; //右括号
else if (program[ip] == '[') nesting_level--; //左括号（抵消）
if (nesting_level == 0) break; //如果抵消之后为零，这个右括号就是与之匹配的
ip--;
}
if (ip < 0) {
return -1; // no matching [
}
}
ip++;
break;
default:
ip++; // invalid command
}
}
return 0; // program successfully executed
}
int main(){
size_t array_len = 3000;
uint8_t* array = (uint8_t*)malloc(array_len*sizeof(uint8_t));
// uint8_t* array = calloc(array_len, sizeof(uint8_t));
if (!array) {
fprintf(stderr, "could not allocate memory\n");
return EXIT_FAILURE;
}
// 定义结构体，初始化结构体变量，指针指向首地址
struct BFState state = {
.array_len = array_len,
.array = array,
.cur = array,
};
state.cur++;
state.cur++;
state.cur++;
memset(state.array, 0, array_len);
// state.array[0] = 1;
int res = brainfuck(&state, "[[-<<+>>]<+[->+<]>>]<<<[>>[-<+>]<<[->>+<<]<]>>>");
printf("res = %d\n", res);
for(int i = 0; i < 50; i++) printf("%d ", state.array[i]);
printf("\n");
return 0;
}
//int main(int argc, char** argv) {
// if (argc != 2) {
// fprintf(stderr, "usage: %s <bfprog>\n", argv[0]);
// return EXIT_FAILURE;
// }
//
// size_t array_len = 3000;
// uint8_t* array = (uint8_t*)malloc(array_len*sizeof(uint8_t));
uint8_t* array = calloc(array_len, sizeof(uint8_t));
// if (!array) {
// fprintf(stderr, "could not allocate memory\n");
// return EXIT_FAILURE;
// }
//
// // 定义结构体，初始化结构体变量，指针指向首地址
// struct BFState state = {
// .array_len = array_len,
// .array = array,
// .cur = array,
// };
// int res = brainfuck(&state, argv[1]);
// if (res) {
// puts("an error occured");
// return EXIT_FAILURE;
// }
//
// return EXIT_SUCCESS;
//}
在brainfuck语言中，程序通过操作存储在数据数组中的数据完成计算过程。在BFState这个结构体中，array指向数据数组的首地址，cur表示当前指向的位置。
因为brainfuck语言中操作数据数组的指令非常多，需要经常更改cur的指向，这些指令包括“I”（指针加1）、“D”（指针减1）等等。cur指针的存在可以让程序更加方便地对数据数组进行操作，而无需每次都从数组的首地址开始进行寻址。此外，cur还可以在不同操作中传递，实现了数据数组的多位置操作。