Universal Machineエミュレーターを実装する


13

目標は、最短コードでICFP 2006のユニバーサルマシンをエミュレートする完全なプログラムを作成することです。Universal Machineには、ここで説明する非常に単純な命令セットがあります。エミュレータはコマンドライン引数からファイル名を読み取り、プログラムとしてファイルを実行する必要があるため、言語は何らかの方法でコマンドライン引数と標準入力/出力をサポートする必要があります。エミュレータは、妥当な時間内(数十年以内)にサンドマークを完了する必要があります。命令セットの簡単な説明を次に示します。

マシンには8つのレジスタがあり、それぞれが32ビットの符号なし整数を保持しています。
マシンは、32ビットの符号なし整数セルの配列のインデックス付きセットを保持します。
簡単に言えば、割り当て命令は不透明な32ビットuintを返します。これは、作成された配列へのハンドルであり、静的サイズを持ち、32ビットuint要素を保持します。
0番目の配列はプログラムを示します。起動時にビッグエンディアンファイルから読み込まれます。
0配列のセルを指す命令ポインターもあります。
各ステップで、ポインターが指すセルから命令が読み取られ、ポインターは何かが実行される前に確認されます。
最上位4ビットはオペコードを表します。
オペコードが13の場合、次の3ビットはレジスタを表し、残りの25ビットはそのレジスタに書き込まれる番号を表します。
それ以外の場合、9つの最下位ビットは3つのレジスタ、たとえばA、B、およびCを表します。Cは3つの最下位ビットで表されます。
その後、オペコードに応じて、次のようになります
。0 = C == 0でない限りA = B
1. A = B [C]
2. A [B] = C
3. A = B + C
4. A = B * C
5. A = B / C
6. A =〜(B&C)
7.エミュレータは終了します
8. B = allocate(C)
9. deallocate(C)
10. Cからstdoutに文字を出力します
11.文字を入力します標準入力からCへ
12.配列Bを0配列にコピーし、ポインターをCに設定します

私はx86_64 jittedアセンブリを使用して不必要に複雑だが完全に高速な実装(ab)を作成しました(emit()で楽しいことが始まります)


これはコードゴルフか人気コンテストかを決める必要があります。それらは排他的です。
ハワード

私は、おかげで見@Howard
mniip

誤解がない場合、マシンはリトルエンディアンではなく、ビッグエンディアンであると説明されます。
ハスタークン14年

@Hasturkun D'ああ、私は常に混乱これらアップ、私はビッグエンディアンが「大きいバイトで終わる」の略で考え続ける
mniip

1
@mniipビッグエンディアンとリトルエンディアンは、ガリバーの旅行から借りた用語です。リリパットは、ゆで卵の大きな端を最初に食べるべきだと信じていた「ビッグエンディアン」であり、ブレフスカ人はその逆を信じていたので、リリパットの小さな人々はブレフスクの小さな人々と戦っていた。オリジナルのガリバー旅行はジョナサン・スウィフトによる深刻な小説でした。著者は、政治的および宗教的な違いをめぐって戦争に行くことの愚かさについてコメントしていました。ガリバーは、戦争への援助を拒否したことに対する反逆罪で告発された後、強制退去させられた。
レベルリバーセント14

回答:


6

PHP:443416384  バイト

<?php @eval(ereg_replace('[U-Z]','$\0',strtr('for(Y=[unpack("N*",join(file($argv[1])))];;A|=0){{W=Y[V=0][++U]
C&&A=B
A=Y[B][C+1]
Y[A][B+1]=C
A=B+C
A=B*C
A=bcdiv(PB),PC))*1
A=~B|~C
die
B=++Z
unset(Y[C])
echo chr(C)
C=fgetc(STDIN);C=ord(C)-(C=="")
Y[0]=Y[B|0];U=C
X[W>>25&7]=W&33554431;}}',['
'=>';}if((W>>28&15)==V++){',A=>'X[W>>6&7]',B=>'X[W>>3&7]',C=>'X[W&7]',P=>'sprintf("%u",'])));

*再び刷新*。今では手に入れることができるほど小さい。$記号を挿入する正規表現がSTDIN定数を破壊しないように、いくつかの変数をアルファベットの遠端に置いたので、ここに小さな用語集があります。

  • U:命令ポインター
  • V:現在テスト中のオペコードのインデックス
  • W:現在の命令語
  • X:8つの汎用レジスター
  • Y:メインメモリ(各ブロックはunpack()配列を返す方法であるため、各ブロックは1ベースです)
  • Z:次の空きメモリブロックのID(最終的にオーバーフローしますが、サンドマークは〜92ミリオンのみを使用します)
  • A、B、Cは、仕様にある現在の命令のレジスタです。

符号なし除算は微妙な迷惑です(*1大きな数値が正しいintにキャストされるようにするために必要です)が、A|=0各命令の後に算術レジスタを0()でOR演算することにより、算術の残りを32ビットに保つのは簡単です。


このプロジェクトは本当に面白いと感じましたが、文字数を最小限に抑えるように努力しているため、遅くてエレガントではありませんでした。

import java.io.*;
import java.util.HashMap;

public class UniversalMachine {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        if (args.length == 0) {
            System.err.println("Program not specified.");
            System.exit(1);
        }

        int[] program;
        try (RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(args[0], "r")) {
            program = new int[(int)(raf.length() / 4)];
            for (int i = 0; i < program.length; i++) {
                program[i] = raf.readInt();
            }
        }

        HashMap<Integer,int[]> memory = new HashMap<>();
        memory.put(0, program);
        int nextMemKey = 1;

        int[] R = new int[8]; // Registers
        int IP = 0; // Execution Finger (Instruction Pointer)

        loop: for (;;) {
            int ins = program[IP++];
            int op = ins >>> 28;
            if (op == 13) { // Orthography
                int A = (ins >> 25) & 7;
                int num = ins & 0x01FF_FFFF;
                R[A] = num;
            } else {
                final int A = (ins >> 6) & 7;
                final int B = (ins >> 3) & 7;
                final int C = (ins >> 0) & 7;
                switch (op) {
                case 0: // Conditional Move
                    if (R[C] != 0) R[A] = R[B];
                    break;
                case 1: // Array Index
                    R[A] = memory.get(R[B])[R[C]];
                    break;
                case 2: // Array Amendment
                    memory.get(R[A])[R[B]] = R[C];
                    break;
                case 3: // Addition
                    R[A] = R[B] + R[C];
                    break;
                case 4: // Multiplication
                    R[A] = R[B] * R[C];
                    break;
                case 5: // Division
                    R[A] = (int)((R[B] & 0xFFFF_FFFFL) / (R[C] & 0xFFFF_FFFFL));
                    break;
                case 6: // Not-And
                    R[A] = ~(R[B] & R[C]);
                    break;
                case 7: // Halt
                    break loop;
                case 8: // Allocation
                    // note: must use C before setting B, as they may be the same reg
                    memory.put(nextMemKey, new int[R[C]]);
                    R[B] = nextMemKey++;
                    break;
                case 9: // Abandonment
                    memory.remove(R[C]);
                    break;
                case 10: // Output
                    System.out.print((char)R[C]);
                    break;
                case 11: // Input
                    R[C] = System.in.read();
                    break;
                case 12: // Load Program
                    IP = R[C];
                    if (R[B] != 0) {
                        memory.put(0, program = memory.get(R[B]).clone());
                    }
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

それは常に、すでに調整されている配当、等しいより-小さいか、であるので、私はあなたが32ビットに除算の結果を調整する必要はないと思う
mniip

好奇心だけで、何も手に入らないように見えますか?
ティムセギーン14年

@mniipこれは少し異なるレイアウトになっていますが、除算中は数字に符号が付けられないため、除算には注意する必要があります。
Boann

3

Perl、407

質問は複雑すぎるように見えるかもしれませんが、実際には非常に単純です。
私はまだperlが非常に新しいのですが、とにかくここにあります

open$f,shift;binmode$f;push@{$m[0]},unpack'N',$b while read$f,$b,4;$z=2**32;while(){$o=$m[0][$p++];$a=\$r[$o>>6&7];$b=\$r[$o>>3&7];$c=\$r[$o&7];eval qw,$$a=($$b)if$$c $$a=$m[$$b][$$c] $m[$$a][$$b]=$$c $$a=($$b+$$c)%$z $$a=$$b*$$c%$z $$a=$==$$b/$$c $$a=$$b&$$c^($z-1) exit $$b=scalar@m;$m[$$b]=[] undef$m[$$c] print(chr$$c) $$c=ord(getc) $m[0]=[@{$m[$$b]}]if$$b;$p=$$c $r[$o>>25&7]=$o&33554431,[$o>>28].";";}

実行速度は非常に遅く、おそらくJITed x86_64の800倍遅くなります。
また、私の友人がリファレンスC実装を作成しました


これは参照Cコードの問題ですか?:if(((Memory[++PC]>>28)&15) == 13) { Registers[(Memory[PC]>>25)&7] = (Memory[PC]&0x01ffffff);命令はキャッシュされないため、13以外のオペコードは次の命令を事前実行しますか?
luserはドローグ

2

C、 924 838 825 696 646 623

b命令で指定されたレジスタに「ポインタ」(バイトオフセット)を格納し、擬似コードで同じ方法で配列を指定するレジスタを使用して(または逆にポインタを再構成して)後でその配列にアクセスします。それでもテストプログラムを試す必要があります...

編集:コメントを追加しました。

編集:固定命令12。メモリ内の命令ではなく、ポインタを変更します。カウントでは、すべてのコメント、インデント、改行が削除されます。

編集:結果を正しく解釈していると仮定して、現在実行中のようです。:)最終的な認識は、配列 0 がハンドル 0 によって実際に参照され、初期化されていないレジスタで見つかる場合があることです。非常にねじれた小さなマシン!:)

編集: ...のwrite代わりに使用するデバッグ装置を書き直しました。printfここでのアイデアは、バグを削除することです。:) 編集: putchar()、およびgetchar()でもno-nos sbrkです。現在は動作し、非常に高速に表示されます。

#define O(_)*a=*b _*c;B
#define B break;case
#define U unsigned
U*m,r[8],*p,*z,f,x,*a,*b,*c;main(int n,char**v){U char
u[4];z=m=p=sbrk(4);f=n>1?open(v[1],0):0;\
while(read(f,u,4)){*m++=(((((*u<<8)|u[1])<<8)|u[2])<<8)|u[3];sbrk(4);}sbrk(4);\
for(;x=*p++,1;){c=r+(x&7);b=r+((x>>3)&7);a=r+((x>>6)&7);switch(x>>28){case
0:*c?*a=*b:0;B
1:*a=(*b?m+*b:z)[*c];B
2:(*a?m+*a:z)[*b]=*c;B
3:O(+)4:O(*)5:O(/)6:*a=~(*b&*c);B
7:return 0;case
8:*b=1+(U*)sbrk(4*(1+*c))-m;(m+*b)[-1]=*c;B
9:B
10:*u=*c;write(1,u,1);B 
11:read(0,u,1);*c=*u;B
12:*b?memcpy(z=sbrk(4*(m+*b)[-1]),m+*b,4*(m+*b)[-1]):0;p=&z[*c];B
13:a=r+((x>>25)&7);*a=x&0x1ffffff;}}}

リトルエンディアンのみの場合、611文字バージョンがあります。

#define O(_)*a=*b _*c;B
#define B break;case
#define U unsigned
U*m,r[8],*p,*z,f,x,*a,*b,*c;main(int n,char**v){U char
u[4];z=m=p=sbrk(4);f=n>1?open(v[1],0):0;while(read(f,u,4)){*m++=(((((*u<<8)|u[1])<<8)|u[2])<<8)|u[3];sbrk(4);}sbrk(4);for(;x=*p++,1;){c=r+(x&7);b=r+((x>>3)&7);a=r+((x>>6)&7);switch(x>>28){case
0:*c?*a=*b:0;B
1:*a=(*b?m+*b:z)[*c];B
2:(*a?m+*a:z)[*b]=*c;B
3:O(+)4:O(*)5:O(/)6:*a=~(*b&*c);B
7:return 0;case
8:*b=1+(U*)sbrk(4*(1+*c))-m;(m+*b)[-1]=*c;B
9:B
//10:*u=*c;write(1,u,1);B //generic
10:write(1,c,1);B //little-endian
//11:read(0,u,1);*c=*u;B //generic
11:read(0,c,1);B //little-endian
12:*b?memcpy(z=sbrk(4*(m+*b)[-1]),m+*b,4*(m+*b)[-1]):0;p=&z[*c];B
13:a=r+((x>>25)&7);*a=x&0x1ffffff;}}}

インデントおよびコメント化され、(拡張)コメント化されたデバッグ装置があります。

//#define DEBUG 1
#include <fcntl.h> // open
#include <signal.h> // signal
#include <stdio.h> // putchar getchar
#include <string.h> // memcpy
#include <sys/types.h> // open
#include <sys/stat.h> // open
#include <unistd.h> // sbrk read
unsigned long r[8],*m,*p,*z,f,x,o,*a,*b,*c; // registers memory pointer zero file working opcode A B C
char alpha[] = "0123456789ABCDEF";
//void S(int x){signal(SIGSEGV,S);sbrk(9);} // autogrow memory while reading program
void writeword(int fd, unsigned long word){
    char buf[8];
    unsigned long m=0xF0000000;
    int off;
    for (off = 28; off >= 0; m>>=4, off-=4) {
        buf[7-(off/4)]=alpha[(word&m)>>off];
    }
    write(fd, buf, 8);
    write(fd, " ", 1);
}
int main(int n,char**v){
#ifdef DEBUG
    int fdlog;
#endif
    unsigned char u[4]; // 4-byte buffer for reading big-endian 32bit words portably
    int cnt;

#ifdef DEBUG
    fdlog = open("sandlog",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0777);
#endif
    z=m=p=sbrk(4); // initialize memory and pointer
    //signal(SIGSEGV,S); // invoke autogrowing memory -- no longer needed
    f=n>1?open(v[1],O_RDONLY):0; // open program
    while(read(f,u,4)){ // read 4 bytes
        *m++=(((((*u<<8)|u[1])<<8)|u[2])<<8)|u[3]; // pack 4 bytes into 32bit unsigned in mem
        sbrk(4); // don't snip the end of the program
    }
    sbrk(4);
    for(cnt=0;x=*p++,1;cnt++){ // working = *ptr; ptr+=1
        c=r+(x&7); // interpret C register field
        b=r+((x>>3)&7); // interpret B register field
        a=r+((x>>6)&7); // interpret A register field
#ifdef DEBUG
        {int i;write(fdlog,"{",1);for(i=0;i<8;i++)writeword(fdlog, r[i]);
            write(fdlog,"} ",2);
        }
        write(fdlog, alpha+(x), 1);
        write(fdlog, alpha+(x>>28), 1);
#endif
        switch(o=x>>28){ // interpret opcode
            case 0:
#ifdef DEBUG
                write(fdlog, "if(rX)rX=rX\n", 12);
#endif
                *c?*a=*b:0;
                break; // Conditional Move A=B unless C==0
            case 1:
#ifdef DEBUG
                write(fdlog, "rX=rX[rX]\n", 10);
#endif
                *a=(*b?m+*b:z)[*c];
                break; // Array Index A=B[C]
            case 2:
#ifdef DEBUG
                write(fdlog, "rX[rX]=rX\n", 10);
#endif
                (*a?m+*a:z)[*b]=*c;
                break; // Array Amendment A[B] = C
            case 3:
#ifdef DEBUG
                write(fdlog, "rX=rX+rX\n", 9);
#endif
                *a=*b+*c;
                break; // Addition A = B + C
            case 4:
#ifdef DEBUG
                write(fdlog, "rX=rX*rX\n", 9);
#endif
                *a=*b**c;
                break; // Multiplication A = B * C
            case 5:
#ifdef DEBUG
                write(fdlog, "rX=rX/rX\n", 9);
#endif
                *a=*b/ *c;
                break; // Division A = B / C
            case 6:
#ifdef DEBUG
                write(fdlog, "rX=~(rX&rX)\n", 12);
#endif
                *a=~(*b&*c);
                break; // Not-And A = ~(B & C)
            case 7:
#ifdef DEBUG
                write(fdlog, "halt\n", 5);
#endif
                return 0; // Halt 
            case 8:
#ifdef DEBUG
                write(fdlog, "rX=alloc(rX)\n", 13);
#endif
                *b=1+(unsigned long*)sbrk(4*(1+*c))-m;
                   (m+*b)[-1]=*c;

                   break; // Allocation B = allocate(C)
            case 9:
#ifdef DEBUG
                   write(fdlog, "free(rX)\n", 9);
#endif
                   break; // Abandonment deallocate(C)
            case 10:
#ifdef DEBUG
                   write(fdlog, "output(rX)\n", 11);
#endif
                   //putchar(*c);
                   //*u=u[1]=u[2]=' ';
                   u[3]=(char)*c;
                   write(fileno(stdout), u+3, 1);
                   break; // Output char from C to stdout
            case 11:
#ifdef DEBUG
                   write(fdlog, "rX=input()\n", 11);
#endif
                   //x=getchar();*c=x;
                   read(fileno(stdin), u+3, 1);
                   *c=u[3];
                   break; // Input char from stdin into C
            case 12:
#ifdef DEBUG
                   write(fdlog, "load(rX)[rX]\n", 13);
#endif
                    *b?memcpy(z=sbrk(4*(m+*b)[-1]),m+*b,4*(m+*b)[-1]):0;
                    p=&z[*c];
                    break; // Load Program copy the array B into the 0 array, Ptr=C
            case 13:
#ifdef DEBUG
                    write(fdlog, "rX=X\n", 5);
#endif
                    a=r+((x>>25)&7);*a=x&0x1ffffff; // Orthography REG=immediate-25bit
        }
    }
}

配列ハンドルは100%不透明です。何を渡しても、プログラムは配列にアクセスするときに同じ値を使用することになっています。PS私はそれをコンパイルしようとしましたが、いくつかのインクルードが欠落しています。PPSはコンパイルしたことがありますか?何lbreakとどのようにあなたがunary-できる*int
mniip

はい。少し熱心すぎる。:) Cygwinでgccを使用してコンパイルされたコードを更新しました。
luserはドローグ

@mniip 「number」で指定されているのは配列0だけですか?
luser droog 14年

:ちょうどそれをコンパイルし、それだけで2つのsandmarkのうち命令を実行d000108f c0000030してから終了
mniip

1つのバグを修正しました。停止する前に7つの命令を実行します。
luser droog 14年
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