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브레인퍽
Brainfuck
패러다임	난해한, 명령형, 구조적
설계자	우어반 뮐러(Urban Müller)
발표일	1993년 9월
자료형 체계	typeless
파일 확장자	.b, .bf
웹사이트	brainfuck.org
영향을 받은 언어
	P′′, FALSE

브레인퍽(Brainfuck)은 우어반 뮐러(Urban Müller)가 1993년 경에 만든 최소주의 컴퓨터 프로그래밍 언어이다. 이름에 포함된 fuck이 욕설이기 때문에 Brainf*ck, Brainf***, 혹은 단순히 BF라고 부르기도 한다.

언어의 설계

뮐러는 가장 작은 컴파일러로 구현할 수 있는 간단하면서도 튜링 완전한 프로그래밍 언어를 만드는 것이 목적이었다. 이 언어는 여덟 개의 명령어로 구성되어 있다. 아미가 컴퓨터에서 작동하는 원래 컴파일러의 둘째 판은 크기가 240 바이트 밖에 안 된다. 그는 다른 난해한 프로그래밍 언어이자, 컴파일러 크기가 1024바이트인 False의 영향을 받았다.

이름이 말해 주듯이, 브레인퍽 프로그램은 이해하기 어려운 경향이 있다. 하지만 튜링 기계는 컴퓨터가 할 수 있는 모든 작업을 할 수 있고, 브레인퍽이 튜링 완전하기 때문에 브레인퍽 또한 복잡하기는 해도 컴퓨터가 할 수 있는 모든 작업을 할 수 있다.

이 언어는 프로그램 외에, 0으로 초기화된 바이트 단위의 배열과, 처음에 배열의 맨 첫 바이트를 가리키는 포인터, 그리고 입출력 스트림으로 구성된 간단한 기계 모델에 기반을 두고 있다.

명령어들

여덟 개의 명령어들은 각각 한 개의 문자로 구성되어 있으며 다음과 같다:

문자	의미
`>`	포인터를 증가시킨다.
`<`	포인터를 감소시킨다.
`+`	포인터가 가리키는 바이트의 값을 증가시킨다.
`-`	포인터가 가리키는 바이트의 값을 감소시킨다.
`.`	포인터가 가리키는 바이트의 값을 ASCII 문자로 출력한다.
`,`	포인터가 가리키는 바이트에 입력받은 문자의 ASCII 값을 넣는다.
`[`	포인터가 가리키는 바이트의 값이 0이면 짝이 되는 뒤쪽의 `]`로 이동한다.
`]`	포인터가 가리키는 바이트의 값이 0이 아니면 짝이 되는 앞쪽의 `[`로 이동한다.

위의 정의 대신에, ]에 ‘짝이 되는 앞쪽의 [로 이동한다’는 의미를 사용할 수 있다. 이는 간단하지만 대칭적이지 못 하고 효율적이지도 않다. 이 두 정의는 모든 브레인퍽 프로그램에 대해서 동일한 행동을 보인다. 거의 사용되지 않지만 동일한 또 다른 정의로는, [가 ‘짝이 되는 뒤쪽의 ]로 이동한다’는 의미를 가지고, ]가 ‘포인터가 가리키는 바이트의 값이 0이 아니면 짝이 되는 앞쪽의 [ 다음 명령어로 이동한다’는 의미를 가지도록 하는 것이 있다.

브레인퍽 프로그램들은 ptr이 unsigned char* 형이라 가정할 때 다음과 같은 치환을 사용해서 C 언어로 번역할 수 있다:

브레인퍽	C
`>`	`++ptr;`
`<`	`--ptr;`
`+`	`++*ptr;`
`-`	`--*ptr;`
`.`	`putchar(*ptr);`
`,`	`*ptr = getchar();`
`[`	`while (*ptr) {`
`]`	`}`

해설

참고로 여기서는 배열의 각각의 원소들을 바이트로 서술했기 때문에, - 명령은 필요가 없으며 255개의 + 명령으로 고칠 수 있다. 비슷하게, 만약 배열이 유한하고 환형이면, < 명령은 (배열 크기 - 1)개의 > 명령으로 고칠 수 있다. 하지만 이 언어가 튜링 완전하려면 배열의 크기와 각각의 원소들의 크기가 모두 제한이 없어야 한다. (이는 엄밀히 말할 때 현대의 PC가 튜링 완전하지 않은 이유와 동일하다.)

예제

헬로 월드 프로그램

명령어에 쓰이는 8개의 문자(+-<>[],.)만 사용한 코드는 다음과 같다.

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

브레인퍽은 이 8개의 문자외에는 모두 무시하므로, 가독성을 위해 공백과 줄바꿈을 넣고 주석을 추가하여 다시 쓴 코드는 다음과 같다.

+++++ +++++ initialize counter (cell #0) to 10
[ use loop to set the next four cells to 70/100/30/10
 > +++++ ++ add 7 to cell #1
 > +++++ +++++ add 10 to cell #2
 > +++ add 3 to cell #3
 > + add 1 to cell #4
 <<<< - decrement counter (cell #0)
]
> ++ . print 'H'
> + . print 'e'
+++++ ++ . print 'l'
. print 'l'
+++ . print 'o'
> ++ . print ' '
<< +++++ +++++ +++++ . print 'W'
> . print 'o'
+++ . print 'r'
----- - . print 'l'
----- --- . print 'd'
> + . print '!'
> . print '\n'

ROT13

-,+[ Read first character and start outer character reading loop
 -[ Skip forward if character is 0
 >>++++[>++++++++<-] Set up divisor (32) for division loop
 (MEMORY LAYOUT: dividend copy remainder divisor quotient zero zero)
 <+<-[ Set up dividend (x minus 1) and enter division loop
 >+>+>-[>>>] Increase copy and remainder / reduce divisor / Normal case: skip forward
 <[[>+<-]>>+>] Special case: move remainder back to divisor and increase quotient
 <<<<<- Decrement dividend
 ] End division loop
 ]>>>[-]+ End skip loop; zero former divisor and reuse space for a flag
 >--[-[<->+++[-]]]<[ Zero that flag unless quotient was 2 or 3; zero quotient; check flag
 ++++++++++++<[ If flag then set up divisor (13) for second division loop
 (MEMORY LAYOUT: zero copy dividend divisor remainder quotient zero zero)
 >-[>+>>] Reduce divisor; Normal case: increase remainder
 >[+[<+>-]>+>>] Special case: increase remainder / move it back to divisor / increase quotient
 <<<<<- Decrease dividend
 ] End division loop
 >>[<+>-] Add remainder back to divisor to get a useful 13
 >[ Skip forward if quotient was 0
 -[ Decrement quotient and skip forward if quotient was 1
 -<<[-]>> Zero quotient and divisor if quotient was 2
 ]<<[<<->>-]>> Zero divisor and subtract 13 from copy if quotient was 1
 ]<<[<<+>>-] Zero divisor and add 13 to copy if quotient was 0
 ] End outer skip loop (jump to here if ((character minus 1)/32) was not 2 or 3)
 <[-] Clear remainder from first division if second division was skipped
 <.[-] Output ROT13ed character from copy and clear it
 <-,+ Read next character
] End character reading loop