브레인퍽(Brainfuck)은 우어반 뮐러(Urban Müller)가 1993년 경에 만든 최소주의 컴퓨터프로그래밍 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.)
-,+[ 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
