用C++实现一个Brainfuck解释器

> Brainfuck是一种极小化的计算机语言，只含有8种运算符，由于fuck在英语中是脏话，这种语言有时被称为brainf*ck或brainf***，甚至被简称为BF。正如它的名字所暗示，brainfuck程序很难读懂,尽管如此，brainfuck却是图灵完备的，也就是说它能够完成所有可计算的任务。
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# 简介
以下摘自[维基百科](https://zh.wikipedia.org/wiki/Brainfuck)。

Müller的目标是创建一种简单的、可以用最小的编译器来实现的、符合图灵完全思想的编程语言。这种语言由八种运算符构成，为Amiga机器编写的编译器（第二版）只有240个字节大小。

这种语言基于一个简单的机器模型，除了指令，这个机器还包括：一个以字节为单位、被初始化为零的数组、一个指向该数组的指针（初始时指向数组的第一个字节）、以及用于输入输出的两个字节流。

下面是这八种状态的描述，其中每个状态由一个字符标识：(博客园的markdown居然不支持表格，我实在是...)

如果把这些指令翻译成C语言就是下面这样的：

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示例程序

所以，Brainfuck的程序就是长这样的:

• ,. 这段代码的意思是，从键盘读取一个字符并输出到屏幕
• ,>++++++++[<-->-]<-. 这也是我自己写的第一个BrainFuck程序啊哈哈，功能是，从键盘读取一个大写字母，然后转化成对应的数字，#比如A就输出0，B输出1。

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代码解释

解释下,>++++++++[<-->-]<-.

首先，读取一个大写字母放到[0]里，然后把指针指向[1]，接下来把[1]里的值增加8次，也就是变成8。

然后进入循环，指针左移一位，指向[0]，把[0]的值减两次，又右移一位回到[1]，把[1]的值减少1。因为一开始[1]被赋值为8，所以循环一共能执行8次，因此[0]里的值会被减少8 * 2 = 16，最后[1]变成了0，循环不再执行，这时候指针指向的是[1]，将其左移一位指向[0]，然后将[0]的值减1，所以[0]的值一共减少了16 + 1 = 17此，这刚好是‘A’的ACSII码与'0'的ACSII码的差值

是不是很好玩？

不如写个解释器更好玩。

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解释器

#include <iostream>
#include <stack>
#include <cstdio>
#include <map>
using	namespace	std;

const	int	SIZE = 300000;

bool	is_instruction(char);
int	main(void)
{

	while(1)
	{
		char	instruction[SIZE];
		char	ch;
		int	count = 0;
		while((ch = getchar()) != EOF)			//读取指令，忽略空格回车等非命令字符
			if(is_instruction(ch))
				instruction[count ++] = ch;
		instruction[count] = '\0';

		stack<int>	left_bracket_stack;
		map<int,int>	another_bracket_at;
		bool	instruction_ok = true;			

		for(int i = 0;instruction[i] != '\0';i ++)	//检查代码是否有误，同时匹配括号
		{
			if(instruction[i] == '[')
				left_bracket_stack.push(i);
			else	if(instruction[i] == ']')
			{
				if(left_bracket_stack.empty())
				{
					instruction_ok = false;
					break;
				}
				int	left_barcket_index = left_bracket_stack.top();;
				left_bracket_stack.pop();
				another_bracket_at[i] = left_barcket_index;
				another_bracket_at[left_barcket_index] = i;
			}
		}
		if(!left_bracket_stack.empty())
			instruction_ok = false;
		if(!instruction_ok)				//如果括号不匹配则输出错误
		{
			puts("代码有误");
			continue;
		}

		cout << endl << "***** BEGIN *****" << endl << endl;

		int	i = 0;
		char	box[SIZE] = {0};
		char	* cur = box;
		while(instruction[i] != '\0')
		{
			if(instruction[i] == '>')
				cur ++;
			else	if(instruction[i] == '<')
			{
				cur --;
				if(cur < box)			//如果操作会导致数组越界就报错
				{
					puts("代码有误");
					break;
				}
			}
			else	if(instruction[i] == '+')
				++ (*cur);
			else	if(instruction[i] == '-')
				-- (*cur);
			else	if(instruction[i] == '.')
				putchar(*cur);
			else	if(instruction[i] == ',')
				*cur = getchar();
			else	if(instruction[i] == '[')
			{
				if(*cur == 0)
					i = another_bracket_at[i];
			}
			else	if(instruction[i] == ']')
				if(*cur)
					i = another_bracket_at[i];
			i ++;
		}

		cout << endl << endl << "***** DONE *****" << endl << endl;
	}

	return 0;
}

bool	is_instruction(char ch)
{
	if(ch == '>' || ch == '<' || ch == '+' || ch == '-' || ch == '.' || ch == ',' || ch == '[' || ch == ']')
		return	true;
	return	false;
}

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代码应该很好懂，逐个字符读入，同时忽略非命令的字符，处理到文件末尾为止。稍微复杂点的就是用到了map和stack来记录每一个括号对应的另外一半的位置。首先每遇到一个[就压进栈里，然后遇到]就从栈顶取出一个[来和它配对，这时候用map来记录他们的位置。

测试程序

输出"Hello World!" :

++++++++++[>+++++++>++++++++++>+++>+<<<<-]
>++.>+.+++++++..+++.>++.<<+++++++++++++++.
>.+++.------.--------.>+.>.

输出字符'A' :

++++++ [ > ++++++++++ < - ] > +++++ .

把小写字母转换成大写，按回车结束：

,----------[----------------------.,----------]

提示：在控制台输入完指令后按回车，然后按ctrl+z可以模拟EOF

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效果

如有BUG欢迎指出~