مقدمة
برينفاك (Brainfuck) هي لغة برمجة باطنية (Esoteric programming language) تم إنشاؤها في عام 1993 بواسطة أوربان مولر. تشتهر اللغة ببساطتها الشديدة، وتعتمد على ثمانية أوامر فقط لتنفيذ العمليات. على الرغم من محدودية هذه الأوامر، يمكن للغة برينفاك نظريًا تنفيذ أي عملية حسابية يمكن للغة تورينج الكاملة (Turing-complete language) القيام بها. هذا يعني أنه يمكن استخدامها لكتابة أي برنامج، على الرغم من أن ذلك قد يكون معقدًا للغاية ويستغرق وقتًا طويلاً.
تاريخ لغة برينفاك
تم تصميم لغة برينفاك بهدف تحدي المبرمجين واستكشاف حدود البرمجة باستخدام الحد الأدنى من الأدوات. أراد أوربان مولر إنشاء لغة يمكن تنفيذها على أصغر مترجم ممكن. نجح في تحقيق ذلك، حيث كان أول مترجم للغة برينفاك يبلغ حجمه 240 بايت فقط. ساهم هذا الحجم الصغير في انتشار اللغة بين المهتمين بالبرمجة الباطنية والتحديات التقنية.
مبادئ عمل لغة برينفاك
تعتمد لغة برينفاك على نموذج آلة بسيط يتكون من:
- مؤشر البيانات: يشير إلى خلية الذاكرة الحالية.
- مصفوفة بيانات: عبارة عن مجموعة من الخلايا، كل منها يمكن أن يحتوي على قيمة عددية (عادةً ما تكون بايت واحد).
- الأوامر: ثمانية أوامر تتحكم في حركة المؤشر وتعديل قيم الخلايا وتنفيذ العمليات المنطقية.
أوامر لغة برينفاك
تتكون لغة برينفاك من ثمانية أوامر فقط، لكل منها وظيفة محددة:
>: تحريك مؤشر البيانات إلى الخلية التالية (إلى اليمين).<: تحريك مؤشر البيانات إلى الخلية السابقة (إلى اليسار).+: زيادة قيمة الخلية التي يشير إليها المؤشر بمقدار واحد.-: إنقاص قيمة الخلية التي يشير إليها المؤشر بمقدار واحد..: إخراج قيمة الخلية التي يشير إليها المؤشر كحرف ASCII.,: إدخال حرف ASCII وتخزينه في الخلية التي يشير إليها المؤشر.[: إذا كانت قيمة الخلية التي يشير إليها المؤشر تساوي صفرًا، فانتقل إلى الأمر الذي يلي علامة الإغلاق المقابلة].]: إذا كانت قيمة الخلية التي يشير إليها المؤشر لا تساوي صفرًا، فارجع إلى الأمر الذي يلي علامة الفتح المقابلة[.
شرح تفصيلي للأوامر
لفهم كيفية عمل لغة برينفاك، من الضروري فهم وظيفة كل أمر من الأوامر الثمانية بالتفصيل:
>(تحريك المؤشر إلى اليمين): ينقل هذا الأمر مؤشر البيانات إلى الخلية المجاورة على اليمين في مصفوفة الذاكرة. إذا كان المؤشر يشير إلى آخر خلية في المصفوفة، فقد يختلف سلوك التنفيذ حسب المترجم. بعض المترجمات قد تعيد المؤشر إلى بداية المصفوفة، بينما قد تتسبب أخرى في حدوث خطأ.<(تحريك المؤشر إلى اليسار): ينقل هذا الأمر مؤشر البيانات إلى الخلية المجاورة على اليسار في مصفوفة الذاكرة. إذا كان المؤشر يشير إلى الخلية الأولى في المصفوفة، فقد يختلف سلوك التنفيذ أيضًا.+(زيادة القيمة): يزيد هذا الأمر قيمة الخلية التي يشير إليها المؤشر بمقدار واحد. إذا وصلت القيمة إلى الحد الأقصى الممكن (عادةً 255 لبايت واحد)، فإنها غالبًا ما تعود إلى الصفر.-(إنقاص القيمة): ينقص هذا الأمر قيمة الخلية التي يشير إليها المؤشر بمقدار واحد. إذا وصلت القيمة إلى الصفر، فإنها غالبًا ما تعود إلى الحد الأقصى الممكن (عادةً 255)..(الإخراج): يخرج هذا الأمر القيمة العددية الموجودة في الخلية التي يشير إليها المؤشر كحرف ASCII. على سبيل المثال، إذا كانت قيمة الخلية 65، فسيتم إخراج الحرف ‘A’.,(الإدخال): يدخل هذا الأمر حرف ASCII من الإدخال ويخزنه كقيمة عددية في الخلية التي يشير إليها المؤشر. على سبيل المثال، إذا تم إدخال الحرف ‘B’، فسيتم تخزين القيمة 66 في الخلية.[(بداية الحلقة): يبدأ هذا الأمر حلقة تكرارية. إذا كانت قيمة الخلية التي يشير إليها المؤشر تساوي صفرًا، فسيتم تخطي الحلقة والانتقال إلى الأمر الذي يلي علامة الإغلاق المقابلة].](نهاية الحلقة): ينهي هذا الأمر حلقة تكرارية. إذا كانت قيمة الخلية التي يشير إليها المؤشر لا تساوي صفرًا، فسيتم العودة إلى الأمر الذي يلي علامة الفتح المقابلة[لتكرار الحلقة.
أمثلة على برامج بلغة برينفاك
على الرغم من بساطة الأوامر، يمكن كتابة برامج معقدة بلغة برينفاك. فيما يلي بعض الأمثلة البسيطة:
برنامج طباعة الحرف ‘A’
++++++++[>++++[>++>+++>+++>+<<<<-]>+>+>->>+[<]<-]>>.>---.+++++++..+++.>>.<-.>>.+++.------.--------.>>+.>++.
برنامج طباعة “Hello World!”
++++++++[>++++[>++>+++>+++>+<<<<-]>+>+>->>+[<]<-]>>.>---.+++++++..+++.>>.<-.>>.+++.------.--------.>>+.>++.
(ملاحظة: هذا مثال مبسط، وقد تختلف طريقة كتابة “Hello World!” في برينفاك باختلاف المصادر).
برنامج جمع رقمين
هذا المثال أكثر تعقيدًا ويتطلب فهمًا أعمق لكيفية التعامل مع الذاكرة في برينفاك. بشكل عام، يتطلب جمع رقمين تخزين الرقمين في خلايا مختلفة في الذاكرة، ثم استخدام حلقات تكرارية لزيادة قيمة خلية ثالثة بمقدار الرقم الأول، ثم بمقدار الرقم الثاني. أخيرًا، يتم إخراج قيمة الخلية الثالثة التي تحتوي على مجموع الرقمين.
تطبيقات لغة برينفاك
نظرًا لطبيعتها الباطنية، لا تستخدم لغة برينفاك عادةً في تطوير البرامج التجارية أو التطبيقات العملية. ومع ذلك، فإنها تستخدم في:
- التحديات البرمجية: تعتبر برينفاك لغة مثالية للتحديات البرمجية والألغاز، حيث تتطلب حل المشكلات بطرق مبتكرة وغير تقليدية.
- استكشاف حدود البرمجة: تساعد برينفاك في فهم أساسيات البرمجة وكيفية بناء العمليات المعقدة من خلال مجموعة محدودة من الأوامر.
- تصميم المترجمات: نظرًا لحجمها الصغير، تستخدم برينفاك أحيانًا كهدف لتصميم المترجمات الصغيرة والمبسطة.
- الترفيه: يستمتع بعض المبرمجين بكتابة برامج بلغة برينفاك كنوع من التحدي الذهني والترفيه.
صعوبات البرمجة بلغة برينفاك
البرمجة بلغة برينفاك صعبة للغاية لعدة أسباب:
- قلة الأوامر: تتطلب كتابة البرامج المعقدة باستخدام ثمانية أوامر فقط الكثير من التخطيط الدقيق والتفكير الإبداعي.
- صعوبة القراءة والكتابة: برامج برينفاك غالبًا ما تكون طويلة جدًا ومعقدة، مما يجعل من الصعب قراءتها وفهمها وتصحيح الأخطاء فيها.
- عدم وجود أدوات تطوير: لا تتوفر العديد من أدوات التطوير المتقدمة للغة برينفاك، مثل المصححات والمحللات الثابتة، مما يزيد من صعوبة عملية البرمجة.
بدائل لغة برينفاك
هناك العديد من اللغات الباطنية الأخرى التي تشبه برينفاك في بساطتها وتحديها، مثل:
- Whitespace: لغة تعتمد على المسافات البيضاء فقط كأوامر.
- Malbolge: تعتبر واحدة من أصعب لغات البرمجة في العالم.
- INTERCAL: لغة ساخرة مصممة لتكون مختلفة تمامًا عن اللغات التقليدية.
خاتمة
برينفاك هي لغة برمجة باطنية فريدة من نوعها تتميز ببساطتها الشديدة وتحديها. على الرغم من أنها ليست مناسبة لتطوير البرامج العملية، إلا أنها توفر فرصة رائعة لاستكشاف حدود البرمجة وفهم أساسيات العمليات الحسابية. تعتبر برينفاك أيضًا أداة قيمة للتحديات البرمجية والألغاز، وتساهم في تطوير مهارات التفكير الإبداعي وحل المشكلات.