然并卵系列：Brainfuck 解释器速成指南

2024-01-20 16:10:07

然并卵系列：来写个 Brainfuck 解释器吧

前言

最近在 Codewars 上做练习，某道题的内容是实现一个 BrainFuck（简称 BF 语言）解释器。动手实践的过程还是很有趣的，中间也遇到了各种各样的问题，最终通过测试，代码也比较接近目前的 JS 高分 solution。这篇文章准备聊聊相关的一些知识和实现的细节。

Brainfuck 简介

Brainfuck 是一种极简的编程语言，其代码通常用一个由 8 个字符组成的字符集编写：

>：指针向右移动一格
<：指针向左移动一格
+：指针所在格的值加 1
-：指针所在格的值减 1
.：输出指针所在格的值
,：从标准输入读取一个字节到指针所在格
[：如果指针所在格的值为 0，则跳转到与该字符匹配的 ]
]：如果指针所在格的值不为 0，则跳转到与该字符匹配的 [

解释器实现

要实现一个 Brainfuck 解释器，需要模拟指针、存储器和指令执行。

1. 指针

指针用于遍历存储器并操作数据。在 JavaScript 中，我们可以使用数组来模拟存储器，指针是一个指向数组索引的变量。

2. 存储器

存储器是一个大型字节数组，存储由 Brainfuck 程序操作的数据。

3. 指令执行

Brainfuck 程序的执行是逐字符进行的，每遇到一个字符，解释器都会执行相应的操作。JavaScript 中可以使用 switch-case 语句或对象来处理不同的指令。

示例代码

以下是在 JavaScript 中实现的 Brainfuck 解释器的一个示例：

class BrainfuckInterpreter {
  constructor() {
    this.memory = new Uint8Array(30000); // 存储器大小
    this.pointer = 0; // 指针位置
    this.input = []; // 输入队列
  }

  interpret(code) {
    for (let i = 0; i < code.length; i++) {
      const char = code[i];
      switch (char) {
        case '>':
          this.pointer++;
          break;
        case '<':
          this.pointer--;
          break;
        case '+':
          this.memory[this.pointer]++;
          break;
        case '-':
          this.memory[this.pointer]--;
          break;
        case '.':
          console.log(String.fromCharCode(this.memory[this.pointer]));
          break;
        case ',':
          this.memory[this.pointer] = this.input.shift() || 0;
          break;
        case '[':
          if (this.memory[this.pointer] === 0) {
            let depth = 1;
            while (depth > 0) {
              i++;
              if (code[i] === '[') depth++;
              else if (code[i] === ']') depth--;
            }
          }
          break;
        case ']':
          if (this.memory[this.pointer] !== 0) {
            let depth = 1;
            while (depth > 0) {
              i--;
              if (code[i] === '[') depth--;
              else if (code[i] === ']') depth++;
            }
          }
          break;
      }
    }
  }
}