Знаете, что такое мендосинский двигатель? Это демонстрационный солнечный моторчик, левитирующий благодаря магнитам — красивый, простой и по‑настоящему познавательный. Такой мотор можно сделать с помощью самых простых инструментов, поэтому это замечательный проект для любого любителя.

Ротор установлен на подшипниках малого трения: в оригинале это было стеклянный цилиндр, подвешенный на двух иголках, а в современных версиях используется магнитная подвеска. Но почему же во всех мендосинских двигателях есть небольшая боковая опора для оси?

Эта опора выглядит не слишком… элегантно, что ли? Логично захотеть якорь, который полностью висит в воздухе, без какой-либо опоры. Оказывается, это невозможно. Давайте разбираться, почему.

У меня в кабинете на работе есть небольшая витринка, в которой стоит некоторое количество... гхм... штуковин, большинство из которых я когда-то смастерил сам. Объединяет их одно - когда-то мне было интересно помахать напильником, а теперь все они служат так называемыми conversation starters, то есть, объектами, которые помогают завязать непринуждённый разговор. Давайте сегодня поговорим про пару электромоторчиков, что стоят на первом плане фотографии.

Люди через мой кабинет проходят образованные, но учебник физики, как и я, в последний раз открывали в школе. Обычно они подкованы в математике и в программировании. Я им задаю несколько довольно простых вопросов, которые сводятся к «почему оно крутится?». И знаете, пока что никто на все не ответил без подсказок. У меня подрастают дети, поэтому подсказки я решил материализовать, совместно с ними изготовив ещё пару моторчиков, которые выглядят привычнее. Даже если вам совершенно очевидно, как оно работает, очень рекомендую изготовление подобного совместно с детьми.

Давайте продолжим обсуждение самой неоптимизированной в мире 32-битной библиотеки для работы с плавающей запятой TinyFloat. Библиотека написана на C++ и намеренно избегает встроенных типов плавающей запятой, полагаясь исключительно на 32-битные целые числа. Цель состоит в том, чтобы сделать код максимально читабельным — без бит-хаков и хитроумных уловок.

Библиотека пишется в рамках борьбы с неграмотностью населения, поэтому, я хочу иметь подробную документацию о том, что происходит «под капотом». Оказалось, что лучший способ документировать код C++ — это полностью переписать его на Python :-)

Тема на сегодня - как работает сложение чисел с плавающей точкой и соответствующие подводные камни. Это третья статья из цикла, первые две читать тут и тут.

Как следует отображать на экране результат деления 3.0 на 10.0 ? Сколько цифр следует вывести, если пользователь не указал точность?

Скорее всего, вы даже не знали, что вывод на экран чисел с плавающей запятой — это сложная проблема, настолько сложная, что по ней написаны десятки научных статей, причём последний прорыв был относительно недавно, в 2016 году. На самом деле, это одна из самых сложных частей поддержки чисел с плавающей запятой в среде выполнения языка.

Давайте продолжим разговор о самой неоптимизированной в мире библиотеке эмуляции плавающей точки при помощи целочисленной арифметики.

Это вторая статья из цикла «Санпросвет о плавающей точке»:

1. Компьютеры и числа

2. Вывод чисел с плавающей точкой на экран <- вы тут

Недавно мне понадобилось сэмулировать работу с плавающей точкой только при помощи целочисленной арифметики, поскольку флоаты были недоступны. Полез я было в интернет за готовой библиотекой, и чуть не утонул. Мало того, что я не нашёл того, что искал, это бог с ним. Я обнаружил, что в интернете кто-то неправ. :)

Оказалось, что форумы кишат людьми, которые не до конца понимают, как компьютеры манипулируют числами. Например, мемасик с КПДВ я стянул с реддита (перечеркнул его я). Кто-то настолько был напуган страшными ошибками округления чисел с плавающей точкой, что даже смешную картинку смастерил. Только вот проблема в том, что 0.5 + 0.5 в точности равно 1.0.

Таким образом, я решил засучить рукава, и изобрести велосипед. То есть, написать самую неоптимизированную C++ библиотеку для эмуляции IEEE754 32-битных чисел с плавающей точкой при помощи исключительно 32-битной целочисленной арифметики. Библиотека уложится в несколько сотен строк кода, и в ней не будет никакого битхакинга. Задача написать понятный код, а не быстрый. А заодно хорошенько его документировать серией статей.

Итак, этим полукреслом мастер Гамбс начинает новую партию мебели, или статья первая: поговорим о числах и компьютерах.

Изначально, когда я решил написать компилятор за выходные, я решил, что нет смысла заморачиваться, и использовал сторонний лексический / синтаксический анализатор. Мой выбор пал на SLY, довольно известную библиотеку. И действительно, пара часов работы, и мой компилятор прекрасно строил синтаксические деревья из исходного кода на wend. Я пытался было заглянуть под капот, утонул в море технических терминов (LL(1), LR, LALR(1) и тому подобное), и решил, что парсинг своими руками - это не для меня, теория формальных языков меня слабо интересует. Однако же в итоге выяснилось, что базовый синтаксический анализатор - это не так сложно, и я закатал рукава.

Год назад мне пришлось взять на себя курс лекций по теории компиляторов. Вы встречались некомпетентными преподавателями? Это я, здравствуйте! Прежде чем учить других, я всё-таки решил заглянуть в учебник сам, и это вылилось в серию статей "компилятор за выходные" (да, я помню, что за мной должок с описанием лексера/парсера). В итоге я уложил компилятор со мной придуманного си-подобного языка на GNU ассемблер в шестьсот строк кода, причём без внешних зависимостей, включая парсинг.

Всё бы хорошо, вроде работает, но кажется, самое веселье осталось за бортом. Мой компилятор, по факту, это простой pretty print вокруг синтаксического дерева, подумаешь. А как работают оптимизирующие компиляторы? И поставил я себе задачу попробовать уложить игрушечный, но всё же рабочий оптимизирующий компилятор в тысячу строк кода. Как думаете, получится?

Итак, тема сегодняшнего разговора - вынос переменных из памяти в регистры, оно же оптимизационный проход mem2reg, см. кпдв.

Продолжаем разговор об игрушечном компиляторе мной придуманного простейшего языка wend. На этот раз мы добрались до определённой вехи: наконец-то будем генерировать не питоновский код, а ассемблерный.

Ну а когда оно заработает, предлагаю решить задачу: как сэмулировать побитовые операции and-not-xor-or при помощи четырёх арифметических.

Вопрос из области ненормального программирования: насколько сложные программы вы сможете написать на питоне, не пользуясь в принципе переменными (а также агрументами функций), за исключением пары глобальных массивов? Правильный ответ: да любой сложности. Если что-то можно сделать на ассемблере, то уж на питоне и подавно! Правда, пусть лучше код вместо меня сгенерирует машина :)

Продолжаем разговор о минималистичном компиляторе, который вполне реально написать за выходные. Задачей стоит транслировать код из придуманного мной языка в x86 ассемблер. Мой компилятор состоит из 611 строк кода, при этом не имеет ни единой зависимости:

ssloy@khronos:~/tinycompiler$ cat *.py|wc -l

611

Несмотря на то, что мой компилятор выдаёт ассемблер, я не мазохист, и пришёл к этому постепенно, сначала я транслировал код в питон, и постепенно урезал функционал целевого языка, пока не остался голый ассемблер, см. обложку публикации.

Итак, тема сегодняшнего разговора: генерация кода на питоне без использования переменных.

Как водится воскресным вечером, снова я с моим компилятором. На этот раз я расскажу, как работают области видимости переменных и как перегружать функции. Это позволит нам скомпилировать демку про́клятого огня, а также я накидал фантазию на тему игрушки арканоид (скриншот на КПДВ, видео в конце статьи). Я на удивление сам долго залипал на эту анимацию :)

На всякий случай я даю код и на wend, и на C, поскольку понимаю, что код на моём языке вряд ли интересен кому-то помимо того, кто реально возьмётся за компилятор. А вот мелкий код с интересными эффектами всегда найдёт свою публику. Кстати, если у вас есть идеи на тему чего-то интересного, что можно запрограммировать в полста строчек кода, делитесь в комментариях, я внимательно слушаю!

Продолжаем разговор. На прошлой неделе я пообещал за выходные написать компилятор из простенького мной придуманного языка в ассемблер. В назначенное время уложился, и компилятор даже вроде работает, см. заглавную картинку. Теперь дело за малым, потихоньку причесать и стройно изложить. В прошлый раз я рассказал про синтаксические деревья и показал простейший транслятор в питон (по факту, обычный pretty print дерева). Но если в предыдущей статье я синтаксическое дерево строил вручную, то сегодня всё же будем автоматизировать процесс.

Сегодня я публикую две статьи разом, поскольку по дороге меня довольно круто занесло, и получился небольшой спин-офф. Очень рекомендую к прочтению :)

Ну а тема этой статьи - автоматическое построение синтаксического дерева aka лексер и парсер.

Задавались ли вы когда-нибудь вопросом, можно ли полноценно программировать при помощи директивы #define в языке C? Полнота по Тьюрингу шаблонов C++ известна весьма широко, например, люди пишут трассировщики лучей, делающие все вычисления во время компиляции (вместо времени исполнения). А как обстоят дела с препроцессором C? Вопрос оказался сильно нетривиальнее, и эта история является, на мой вкус, отличным анекдотом для курса лекций по теории компиляторов, что я готовлю в данный момент. В частности, для лучшего понимания происходящего здесь, рекомендую ознакомиться со второй статьёй, которую я опубликовал параллельно этой: лексер и парсер.

Чтобы не было обманутых впечатлений, предупрежу сразу, что рейтрейсера не будет, но про́клятый код будет очень даже! Итак, поехали. Для начала, почему я вообще задался этим вопросом? Если обычный код компьютерной графики вам скучен, следующий раздел можно пропустить, перематывайте до последней картинки.

Вам когда-нибудь приходилось задаваться вопросом, как работает компилятор, но так руки и не дошли разобраться? Тогда этот текст для вас. Мне тоже не доводилось заглядывать под капот, но тут так случилось, что мне нужно прочитать курс лекций о компиляторах местным третьекурсникам. Кто встречался с некомпетентными преподавателями? Здравствуйте, это я :)

Итак, чтобы самому разобраться в теме, я собираюсь написать транслятор с эзотерического языка программирования wend (сокращение от week-end), который я только что сам придумал, в обычный ассемблер. Задача уложиться в несколько сотен строк питоновского кода. Основной репозиторий живёт на гитхабе (не забудьте заглянуть в мой профиль и посмотреть другие tiny* репозитории).

Этот текст предназначен для тех, кто только осваивает программирование. Я читаю лекции по C++ на первом курсе местного университета, и в качестве практикума предлагаю запрограммировать любую игру (не выношу проектов типа "софт бронирования книг в местной библиотеке"). Соответственно, чтобы помочь начинающим, я сделал некоторое количество заготовок, с которых можно стартовать свой проект. Например, заготовку олдскульного 3д шутера в 486 строк C++ я уже описывал, а вот тут можно посмотреть, что из неё сделали первокурсники.

В этот раз всё будет ещё проще, я хочу сделать заготовку под простейший платформер, вот так выглядит результат:

На данный момент проект содержит менее трёхсот строчек цпп:

ssloy@khronos:~/sdl2-demo/src$ cat *.cpp *.h | wc -l
296

Мой опыт показывает, что просто выложить код заготовки недостаточно. Нужно детально описать, как именно я пришёл к такому коду, ведь самый главный навык программиста — это суметь разбить сложную задачу на некоторое количество более простых подзадач, каждая из которых решается легко.

Итак, поехали!

Сегодня необычный для меня формат статьи: я скорее задаю вопрос залу, нежели делюсь готовым рецептом. Впрочем, для инициирования дискуссии рецепт тоже предлагаю. Итак, сегодня мы поговорим о чувстве прекрасного.

Я довольно давно пишу код, и так вышло, что практически всегда на C++. Даже и не могу прикинуть, сколько раз я написал подобную конструкцию:

for (int i=0; i<size; i++) {
    [...]
}

Хотя почему не могу, очень даже могу:

find . \( -name \*.h -o -name \*.cpp \) -exec grep -H "for (" {} \; | wc -l
43641

Наш текущий проект содержит 43 тысячи циклов. Проект пилю не я один, но команда маленькая и проект у меня не первый (и, надеюсь, не последний), так что в качестве грубой оценки пойдёт. А насколько такая запись цикла for хороша? Ведь на самом деле, важно даже не то количество раз, когда я цикл написал, а то количество раз, когда я цикл прочитал (см. отладка и code review). А тут речь очевидно идёт уже о миллионах.

На КПДВ узел под названием «совершенная петля» (perfection loop).

Так каков он, совершенный цикл?

Как я и говорил, я потихоньку строю очень простой, но функциональный и при этом бескомпромиссно троичный вычислитель, основанный на сбалансированной троичной системе счисления. В этой статье я описываю эмулятор моего вычислителя, который мне поможет в отладке железа. Если вам интересно, не стесняйтесь писать под него программы, я их обязательно запущу на настоящем железе как только оно будет готово! Это очень просто, Триадор понимает обычный очень примитивный императивный язык, схожий с ассемблером или brainfuck :)

— Жуткий кошмар! Нули и единицы повсюду. И кажется, я видел двойку.
— Это просто сон, Бендер. Двоек не бывает.

И ведь это не шутка, в моём троичном вычислителе действительно нет двоек! Следите за мини-сериалом о постройке моего вычислителя на ютубе, а пока железо зреет, давайте разбираться с архитектурой и писать под неё первые программы!

Многие утверждали, что строят троичный компьютер, однако, насколько мне известно, никто не завершил проект. Проект Триадор не дает пустых обещаний!

Я строю очень простой, но функциональный и при этом бескомпромиссно троичный вычислитель, основанный на сбалансированной троичной системе счисления. Весь компьютер будет построен только на базе троичных мультиплексоров, которые собраны из аналоговых ключей. Следите за мини-сериалом о постройке моего вычислителя на ютубе:

Знакомьтесь с Петей, шестиногом о трёх сервоприводах

Продолжаю публикацию статей из серии "ардуино головного мозга". Петя — это очень дешёвый (примерно десять баксов) гексапод. Он может быть прекрасным проектом на один ненастный выходной, который развлечёт как и взрослых, так и детей. Раз уж мы про развлечения, вот вам видеоролик с Петей, танцующим под фанк-музыку: