M4でBrainfuckを動かす話

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1. M4でBrainfuckを 動かす話 KLab株式会社 EM部 牧内大輔
2. 自己紹介 牧内大輔（MakKi） twitter: @makki_d GitHub: makiuchi-d 学生時代： 動画編集関連のフリーソフト 就職してから： ブラウザゲームの開発（モバゲー・GREE） EMLauncher（デバッグアプリ配布ツール） 同期対戦通信基盤（Unity・Websocket・Go）
3. まずアンケート • M4知ってる人
4. まずアンケート • M4知ってる人 • Brainfuck知ってる人
5. まずアンケート • M4知ってる人 • Brainfuck知ってる人 • チューリング完全知ってる人
6. M4 is 何？
7. M4 is 何？ “m4 は、ブライアン・カーニハンとデニス・リッチー が設計した汎用マクロプロセッサである。その 名称は、"macro" の "m" と、AP-3ミニコンピュータ でデニス・リッチーがそれ以前に書いたマクロプロ セッサ "m3" の次、というところから来ている。 出展：wikipedia http://ja.wikipedia.org/wiki/M4_(プログラミング言語)
8. マクロプロセッサ？
9. マクロプロセッサ define(`H’, `Hello, $1!!’) こんなマクロを定義して
10. マクロプロセッサ define(`H’, `Hello, $1!!’) H(KLab) こんなふうに呼び出すと
11. マクロプロセッサ define(`H’, `Hello, $1!!’) H(KLab) Hello, KLab!! これが出力される
12. マクロプロセッサ define(`H’, `Hello, $1!!’) H(KLab) Hello, KLab!! これが出力される テキストを置換するのが基本動作
13. M4 is 何？ “......それ以前のマクロプロセッサとは異なり、特 定のコンピュータ言語や自然言語を対象としたも のではない。ただし、もとはFORTRANの方言であ るRatforの開発で使うために開発された。他のマク ロプロセッサとは異なり、m4 は一般的なプログラミ ング言語と同様、チューリング完全である。 出展：wikipedia http://ja.wikipedia.org/wiki/M4_(プログラミング言語)
14. チューリング完全？
15. チューリング完全 “計算理論において、ある計算のメカニズムが万能チューリン グマシンと同じ計算能力をもつとき、その計算モデルはチューリ ング完全（チューリングかんぜん、Turing-complete）あるいは 計算完備であるという。 (中略) 簡単に言えば、チューリング完全であれば、実現 可能なアルゴリズムや手続きはすべて処理できる ということを意味している。 出展：wikipedia http://ja.wikipedia.org/wiki/チューリング完全
16. つまり コンピュータで動かせるアルゴリズムは 全てM4でも記述できる
17. つまり コンピュータで動かせるアルゴリズムは 全てM4でも記述できる M4は万能
18. 確かめてみよう
19. 確かめてみよう チューリング完全の証明 • チューリング完全な処理系を 実装できればOK
20. 確かめてみよう チューリング完全の証明 • チューリング完全な処理系を 実装できればOK チューリング完全な処理系 Brainfuck
21. Brainfuckとは +++++++++[>++++++++>+++++++++++>+++++<<< -]>.>++.+++++++..+++.>-.------------.<++ ++++++.--------.+++.------.--------.>+. Hello, world!
22. M4で実装してみた
23. 実演
24. 結論 M4はチューリング完全である みんなもM4をつかってみよう！！
25. ありがとうございました。
26. 実装の詳細
27. Brainfuckの構成要素 • メモリ配列 • その上を動くポインタ • 入力 • 出力
28. Brainfuckの命令 • > : ポインタのインクリメント • < : ポインタのデクリメント • + : ポインタの指す値のインクリメント • - : ポインタの指す値のデクリメント • [ : ループ始点 • ] : ループ終点 （ポインタの指す値が0以外なら対応する[へジャンプ） • . : ポインタの指す値を出力 • , : 入力をポインタの指す場所に書き込む
29. 対応するマクロ • > : ip • < : dp • + : ic • - : dc • [ : bn • ] : ed • . : pr • , : ???
30. Brainfuckをマクロに変換 変換前 　>++++[-<++++++++>]<+. 変換後 　`'ip`'ic`'ic`'ic`'ic`'bn(``'dc 　`'dp`'ic`'ic`'ic`'ic`'ic`'ic 　`'ic`'ic`'ip')`'ed`'dp`'ic`'pr
31. 変換 define(`token', `changequote({,})ifelse( {$1}, {>}, {`'ip}, {$1}, {<}, {`'dp}, {$1}, {+}, {`'ic}, {$1}, {-}, {`'dc}, {$1}, {.}, {`'pr}, {$1}, {[}, {`'bn(`}, {$1}, {]}, {')`'ed}){}changequote') define(`parse', `ifelse( eval(len(`$*')>0), 1, `token(substr(`$*',0,1))`'parse(substr(`$*',1))')') define(`internal', parse(include(`/dev/stdin')))
32. ポインタの実装 define(`ptr', `0') 初期値0として定義 define(`ip', `define(`ptr', incr(defn(`ptr')))`'') ptrの定義をincrした値でptrを再定義 define(`dp', `define(`ptr', decr(defn(`ptr')))`'') ptrの定義をdecrした値でptrを再定義
33. 配列の実装 M4には配列がない… そこで、 “_0_”, “_1_”, “_2_”, … を配列とする 値の書き込み define(`_’defn(`ptr’)`_’, 1) 値の取り出し defn(`_’defn(`ptr’)`_’) ⇒ “1”
34. 配列の値の操作の実装 define(`cv', `eval(defn(`_'defn(`ptr')`_')+0)') ポインタの指す値を取り出す define(`ic', `define(`_'defn(`ptr')`_', incr(cv))`'') cvで取り出した値をincrして再定義 define(`dc', `define(`_'defn(`ptr')`_', decr(cv))`'') cvで取り出した値をdecrして再定義
35. ループの実装 define(`bn', `pushdef(`s', `ifelse(eval(cv>0), 1, `$1`'s')')') 次のようなマクロ s を定義 cvの値が0以上のとき 引数の文字列をまるごと展開 s自身を再帰呼出し define(`ed', `s`'popdef(`s')') bnで定義された s を展開
36. 出力の実装 define(`pr', `format(`%c', cv)') cvで取り出した値をフォーマットして出力
37. 入力は？ 標準入力はBrainfuckコードの入力 このままでは “,” を実装できない
38. 入力は？ 標準入力はBrainfuckコードの入力 このままでは “,” を実装できない “A”が入力したければ “+”を65回書けばいいじゃない ⇒ “,”は実質不要
39. 詳しく見たい人は… GitHubにて公開しているのでどうぞ https://github.com/makiuchi-d/bfm4 もし技術書典3に参加されるなら… 「い03企」にて掲載本頒布予定 （後日web配信も計画中）
40. ありがとうございました。
42. 実際問題使えるの？
44. スクフェスモブキャラ相関図
45. スクフェスモブキャラ相関図 https://github.com/makiuchi-d/mob-graph • m4スクリプトでdotスクリプトを生成 • graphvizでグラフ化