M4でBrainfuckを動かす話

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M4でBrainfuckを動かす話 KLab株式会社 EM部牧内大輔

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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）

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まずアンケート ● M4知ってる人

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まずアンケート ● M4知ってる人 ● Brainfuck知ってる人

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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

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M4 is 何？

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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)

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マクロプロセッサ？

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マクロプロセッサ define(`H’, `Hello, $1!!’) こんなマクロを定義して

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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

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マクロプロセッサ define(`H’, `Hello, $1!!’) H(KLab) Hello, KLab!! これが出力される

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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

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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)

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チューリング完全？

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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

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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

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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

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確かめてみよう

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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

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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

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Brainfuckとは +++++++++[>++++++++>+++++++++++>+++++<<< -]>.>++.+++++++..+++.>-.------------.<++ ++++++.--------.+++.------.--------.>+. Hello, world!

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M4で実装してみた

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実演

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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！！

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ありがとうございました。

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実装の詳細

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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

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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

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対応するマクロ ● > : ip ● < : dp ● + : ic ● - : dc ● [ : bn ● ] : ed ● . : pr ● , : ???

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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

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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')))

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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

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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”

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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

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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

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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

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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

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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

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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）

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ありがとうございました。

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実際問題使えるの？

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スクフェスモブキャラ相関図

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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