Java中的 BrainFuck 解释器

简介

BrainFuck 是一种极具挑战性的编程语言，它只有八个指令，但是能够使用这些指令实现所有的计算功能。BrainFuck 的名字源自一种粗俗不堪的语言，但它本身并不包含任何粗俗的内容。

Java中的 BrainFuck 解释器是一种采用Java语言实现的BrainFuck解释器，它能够将BrainFuck代码翻译成机器能够理解的语言并执行。

BrainFuck指令

BrainFuck只有八个指令，分别如下：

指令 | 含义 --|--

| 将指针向右移动一位 < | 将指针向左移动一位

• | 将指针所指向的内存单元的值加一

• | 将指针所指向的内存单元的值减一 . | 输出指针所指向的内存单元的值 , | 从输入读取一个字符，存入指针所指向的内存单元中 [ | 如果指针所指向的内存单元的值为零，则跳转到对应的]指令后面 ] | 如果指针所指向的内存单元的值不为零，则跳转到对应的[指令后面

Java中的 BrainFuck 解释器实现

Java中的 BrainFuck 解释器实现主要包括三个部分：

1. 程序代码的读取和解析
2. 内存的分配和操作
3. 使用指令执行器执行程序

程序代码的读取和解析

程序代码的读取可以直接从文件中读取，也可以从命令行输入中读取。在读取程序代码后，需要进行解析，将程序代码中的指令字符串转换成BrainFuck指令对象。BrainFuck指令对象包含一个type属性，用于表示指令类型，以及一些指令特定的属性，如循环开始和结束位置。

内存的分配和操作

Java中的 BrainFuck 解释器使用一个数组来表示内存。为了方便操作，每个数组元素表示一个字节，并且初始值都设置为0。在指令执行过程中，需要通过指令中的指针移动、值加减等指令对内存进行操作。

指令执行器

指令执行器包含一个BrainFuck指令对象列表，以及内存数组对象。指令执行器将BrainFuck指令对象列表进行遍历，依次执行每个指令。在执行指令时，需要根据指令的类型，进行对应的操作，如移动指针、值加减、循环控制等。

代码示例

下面是Java中的 BrainFuck 解释器的代码示例：

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Scanner;

public class BrainFuckInterpreter {

    private byte[] memory = new byte[30000];
    private int pointer = 0;
    private List<Instruction> instructions = new ArrayList<>();

    public BrainFuckInterpreter(String program) {
        parse(program);
    }

    private void parse(String program) {
        for (char c : program.toCharArray()) {
            switch (c) {
                case '>': instructions.add(new Instruction(InstructionType.MOVE_RIGHT)); break;
                case '<': instructions.add(new Instruction(InstructionType.MOVE_LEFT)); break;
                case '+': instructions.add(new Instruction(InstructionType.ADD)); break;
                case '-': instructions.add(new Instruction(InstructionType.SUB)); break;
                case '.': instructions.add(new Instruction(InstructionType.PRINT)); break;
                case ',': instructions.add(new Instruction(InstructionType.READ)); break;
                case '[': instructions.add(new Instruction(InstructionType.LOOP_START)); break;
                case ']': instructions.add(new Instruction(InstructionType.LOOP_END)); break;
                default: // ignore
            }
        }
    }

    public void run() {
        int pc = 0;
        while (pc < instructions.size()) {
            Instruction instruction = instructions.get(pc);
            switch (instruction.getType()) {
                case MOVE_RIGHT: pointer++; break;
                case MOVE_LEFT: pointer--; break;
                case ADD: memory[pointer]++; break;
                case SUB: memory[pointer]--; break;
                case PRINT: System.out.print((char) memory[pointer]); break;
                case READ: {
                    try {
                        int c = System.in.read();
                        memory[pointer] = (byte) c;
                    } catch (IOException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    break;
                }
                case LOOP_START: {
                    if (memory[pointer] == 0) {
                        pc = instruction.getEnd();
                    }
                    break;
                }
                case LOOP_END: {
                    if (memory[pointer] != 0) {
                        pc = instruction.getStart();
                    }
                    break;
                }
                default: // ignore
            }
            pc++;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("Enter BrainFuck program: ");
        String program = scanner.nextLine();
        BrainFuckInterpreter interpreter = new BrainFuckInterpreter(program);
        interpreter.run();
    }

    private enum InstructionType {
        MOVE_RIGHT,
        MOVE_LEFT,
        ADD,
        SUB,
        PRINT,
        READ,
        LOOP_START,
        LOOP_END
    }

    private static class Instruction {
        private InstructionType type;
        private int start;
        private int end;
        public Instruction(InstructionType type) {
            this.type = type;
        }
        public InstructionType getType() {
            return type;
        }
        public int getStart() {
            return start;
        }
        public void setStart(int start) {
            this.start = start;
        }
        public int getEnd() {
            return end;
        }
        public void setEnd(int end) {
            this.end = end;
        }
    }
}

使用该解释器时，需要先从命令行或文件中读取BrainFuck程序，并创建BrainFuckInterpreter对象。然后调用run()方法执行程序。