1. Brainfuck interpreter
新竹碼農 2013/03/07
NCTU CS xatier

2. 實驗目標
● 觀察不同的優化影響
● 逐步改善 brainfuck virtual machine 實作

3. git
● 全專案使用 git 管理
● 不同 branch 代表不同優化階段
● Open sourced on github
– https://github.com/xatier/brainfuck-tools
– https://github.com/xatier/brainfuck-bench

4. Brainfuck compiler
● The Brainf*ck Compiler Suite (by Clifford Wolf)
– http://www.clifford.at/bfcpu/bfcomp.html
● components
– bfa The assembler
– bfc The compiler
– bfrun Runtime
● compile / assemble / run
– ./bfc < hanoi.bfc > hanoi.bfa
– ./bfa < hanoi.bfa > hanoi.bf
– ./bfrun hanoi.bf

5. 欣賞一下美麗的 towers of hanoi

6. Mandelbrot set

7. basic
● 最簡單的 interpreter
● 根據語言定義逐步翻譯、解釋 brainfuck 程式
● Keep it Simple, Stupid (?)
● Mandelbrot test → 3min … Orz

8. loop
● 透過分析 brainfuck 程式的 loop
● 改以遞迴方式執行 '[ xxx ]' 這樣的 pattern
● Mandelbrot test → 30 sec

9. compact
● +++ 、 ------ 、 <<<<< 、 >>>>
● 重複的操作可以被壓縮
● ++*ptr
– *ptr += ptr->value
● 30sec → 10sec

10. ZERO
● [-]
● while (*ptr)
--*ptr;
● 等價於 *ptr = 0;

11. Another
● 不只 >>>> 和 ++++ 等 pattern 可以作
compact
● 其實 >>><<<><>>>> 或是 +++----+-+++ 這樣的
冗於 pattern 也可以壓縮
● 於 code-gen 生出來的 brainfuck code 中較
常出現
● bfc
● 效果？

12. benchmark
12000
10000
8000
mandelbrot.b
6000 hanoi.bf
time
loops.bf
bench.bf
4000
2000
0
basic loop compact zero master
git branch

13. log10(t*10)
6
5
4
mandelbrot.b
hanoi.bf
3 loops.bf
bench.bf
2
1
0
basic loop compact zero master

14. Basic 太慢了我們略過 XD
35
30
25
20 mandelbrot.b
hanoi.bf
loops.bf
bench.bf
15
10
5
0
loop compact zero master

15. 仔細比較後面三筆測資
16
14
12
10
hanoi.bf
8 loops.bf
bench.bf
6
4
2
0
loop compact zero master

16. 剛剛的結果

17. 與其他實作相比
14
12
10
8
mandelbrot.b
6
4
2
0
./bf/bf-git/int ./int/bff/bff ./int/vff/vff6 ./jit/jit/jit ./jit/fast-bf/bf-vm-opt ./jit/fast-bf/bf-jit ./jit/fast-bf/bf-jit-opt

18. 結論
● 若找出真正拖累效能的瓶頸，其表現改善有機會是
指數等級的變化！
● 對於各種優化，不同測試樣本的特性，可能得到的
效果不盡然都是進步的
– 有機會開了某個優化後反而變得比較慢
● 手寫代碼 VS code-gen 生成代碼
– 手寫代碼優化 ( 可能 ) 效果有限
● 藉由研究優化分析 code-gen 結果，可以改善
compiler 實作，幫助生成更好的 brainfuck 代碼