brainfuckで数値を出力

d:id:tondol:20100630:1277839735の四則演算を利用してメモリ上の数値を10進数で出力してみました。例によって冗長なコードになっているので，実際のコードで利用（？）する場合は適宜最適化してやってください。

brainfuck

コメント中の「{@}」は下記の解説で登場する「ブロック」を表している気分です。「incr {@}」「decr {@}」などの表記は操作対象のブロックをひとつ右／左に移動するということを意味します。また，「{@0}」「{@1}」などの表記はブロック中の各区画を表している雰囲気です。

##################################################
### input
##################################################

++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++

##################################################
### algorithm
##################################################

# {1} add !{0}
[->+<]

# while {@1} do
>[<

#   {@2} add 10
>>++++++++++<<

#   devide {@1:@2}
>
>>>+[<<<[->>>>+>+<<<<<]>>>>>[-<<<<<+>>>>>]<<<<[->>>>+>+<<<<<]>>>>>[-<<<<<+>>>>>]
<<[>[->+>+<<]>>[-<<+>>]<[[-]<->]<<-]+>[->+>+<<]>>[-<<+>>]<[[-]<<->>]<[[-]<<->>]<
[[-]<<+<[->>>>>+>+<<<<<<]>>>>>>[-<<<<<<+>>>>>>]<[-<<<<<<->>>>>>]<<]<]<<[-]<[->+<
]>>[-<<+>>]<<
<

#   {@3:@4} add !{@0}
#   {@0}    add !{@4}
#   incr {@3}
[->>>+>+<<<<]
>>>>[-<<<<+>>>>]<<<<
>>>+<<<
#   {@4} add !{@1}
>[->>>+<<<]<
#   {@1} add !{@2}
>>[-<+>]<<

#   incr {@}
>>>

# end
>]<

# decr {@}
<<<

# while {@0} do
[
#   {@1} add 48
#   putchar {@1}
>++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++<
>.<
#   decr {@}
<<<
# end
]

# {@1} add 48
# putchar {@1}
>++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++<
>.<

C言語風

ptr = 0; //メモリ上の0番地的な意味で
ptr[0] = 128;
ptr[1] = ptr[0];
ptr[0] = 0;

while (ptr[1]) {
  ptr[2] = 10;
  divide(&ptr[1], &ptr[2]); //ptr[1]÷ptr[2]の商と剰余をptr[1]，ptr[2]にそれぞれ代入
  p[3] = p[0] + 1;
  p[4] = p[1];
  p[1] = p[2];
  ptr += 3;
}

ptr -= 3;

while (ptr[0]) {
  ptr[1] += 48;
  putchar(ptr[1]);
  ptr -= 3;
}

ptr[1] += 48;
putchar(ptr[1]);

解説

このプログラムの処理は大きく分けて2つの段階に分かれます。ひとつめはメモリを右方向へと移動（命令 '>' を実行）しながら，入力された（入力セクションでメモリの0番地に与えられた）値を各桁に分解し，メモリ上の各ブロックに格納する段階です。ふたつめはメモリを左方向へと移動（命令 '<' を実行）しながら，メモリ上の各ブロックに格納された各桁の値を出力する段階です。
説明中に登場した「ブロック」とは，3区画分のメモリをまとめて扱うための仮想的な概念です。ひとつのブロックはメモリ上の連続した3区画からなり，それぞれ左から「インデックス」「その桁の数値」「作業用スペース」として利用されます。ブロックは，メモリ上に連続して配置されており，たとえば，最初のブロックは0〜2番地，2つめのブロックは3番地〜5番地となります。
詳しくは解説しませんが，プログラムのひとつめの段階：分解フェーズでは，与えられた値を次々に10で割っていき，その余りを各ブロックに格納しています。与えられた値を10で割った結果が0になったら分解フェーズは終了です。分解フェーズが終了した段階で，メモリの内容は次のようになっているはずです。

[0][8][0]|[1][2][0]|[2][1][0]|[3][0][0]|...
                               ^ 分解フェーズ終了時点での操作対象ブロックはここ

メモリの内容を見ると，各ブロックの左から2番目の区画の値が各桁の数値に対応していることが分かります。
分解フェーズが終わったら，プログラムのふたつめの段階：出力フェーズに進みます。既に各桁の計算は終わっているので，操作対象のブロックを左に戻しながら，各ブロックの2番目の区画の値をアスキーコードに変換して（値に48を足して）出力するだけです。ここで，最も左のブロックまで進んだことを判定するために，予めブロックの1番目の区画に格納しておいたインデックスを利用しています。