Qunie——自我生成程序

Qunie是一段没有输入，但输出和它本身源码相同的程序。本文无任何高深技术，纯属娱乐!

最近看到wikipedia的一个词条——Quine，简介部分摘录于此，并简要翻译：

A quine is a non-empty computer program which takes no input and produces a copy of its own source code as its only output. The standard terms for these programs in the computability theory and computer science literature are “self-replicating programs”, “self-reproducing programs”, and “self-copying programs”.
Qunie是一段计算机程序，它没有输入，但输出和它本身的源码相同。在可计算理论和计算机科学领域的标准定义，叫做“自我重复程序”、“自我生成程序”和“自我拷贝程序”。

从上面这段简介中可以看到，Qunie是一段没有输入，但输出和它本身源码相同的程序。

从hello world开始

经典的Hello world程序如下：

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("Hello, World!\n");
    return 0;
}

现在，就从这个程序开始，常识写出Quine。输出源码文本，又有输入，只能用hard-coding一个string array了；一旦开始尝试，你会发现，string array写到下面的时候，写不下去了：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i;
    char* text[] = {
        "#include <stdio.h>",
        "",
        "int main()",
        "{",
        "   char* text[] = {",
        // ...
    };

    for(i = 0; i < sizeof(text)/sizeof(text[0]); ++i) {
        printf("%s\n", text[i]);
    }
    // printf("Hello, World!\n");
    return 0;
}

不能继续重复，否则就是“无限递归”，string array就写不完了。现在，只能输出到第6行。

“山里有个庙”的故事是讲不完的

必须想出——如何输出第6行之后的这个string array的内容？回顾一下，printf("%s\n", text[i]);只输出了引号内的内容，加上前缀（" \"", TAB键可以直接写在字符串里面）和后缀（"\","）即可，即printf(" \"%s\",", text[i]);

于是，可以继续写：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i;
    char* text[] = {
        "#include <stdio.h>",
        "",
        "int main()",
        "{",
        "   char* text[] = {",
        // ...
    };

    for(i = 0; i < sizeof(text)/sizeof(text[0]); ++i) {
        printf("%s\n", text[i]);
    }
    for(i = 0; i < sizeof(text)/sizeof(text[0]); ++i) {
        printf("        \"%s\",", text[i]);
    }
    return 0;
}

这样，程序可以输出到第11行了。

第一个看似正确的解答

剩下的源码也是要写到text里，同时要保证——string array的输出在两者中间，于是第一个循环也要被拆为两个部分：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i;
    char* text[] = {
        "#include <stdio.h>",
        "",
        "int main()",
        "{",
        "   char* text[] = {",
        "   };",
        "",
        "   for(i = 0; i < sizeof(text)/sizeof(text[0]); ++i) {",
        "       printf("%s\n", text[i]);",
        "   }",
        "   for(i = 0; i < sizeof(text)/sizeof(text[0]); ++i) {",
        "       printf("        \"%s\",", text[i]);",
        "   }",
        "   return 0;"
        "}",
    };

    for(i = 0; i < 6; ++i) {
        printf("%s\n", text[i]);
    }
    for(i = 0; i < sizeof(text)/sizeof(text[0]); ++i) {
        printf("        \"%s\",", text[i]);
    }
    for(i = 6; i < sizeof(text)/sizeof(text[0]); ++i) {
        printf("%s\n", text[i]);
    }
    return 0;
}

用工具验证

这个版本就是正确的么？细微的差别，眼睛看起来费劲，且文本比较本来就该是工具干的。
编译：
[email protected]:~/test$ gcc quine-printf.c
运行：
[email protected]:~/test$ ./a.out > out
比较：
[email protected]:~/test$ git diff quine-printf.c out

用git diff一比，发现还是有点差别的：

diff --git a/quine-printf.c b/out
index ec3ecf9..d48d2ab 100644
--- a/quine-printf.c
+++ b/out
@@ -13,13 +13,13 @@ int main()
                "       };",
                "       ",
                "       for(i = 0; i < 6; ++i) {",
-               "               printf(\"%s\\n\", text[i]);",
+               "               printf("%s\n", text[i]);",
                "       }",
                "       for(i = 0; i < sizeof(text)/sizeof(text[0]); ++i) {",
-               "               printf(\"               \\\"%s\\\",\\n\", text[i
+               "               printf("                \"%s\",\n", text[i]);",
                "       }",
                "       for(i = 6; i < sizeof(text)/sizeof(text[0]); ++i) {",
-               "               printf(\"%s\\n\", text[i]);",
+               "               printf("%s\n", text[i]);",
                "       }",
                "       return 0;",
                "}",

可以看到有三处差异，都是因为转义字符的问题；大体有两类，格式化字符串的开头和结尾的引号，以及前后缀字符串中间的特殊字符。

更正

直接用printf看起来像是没办法，因为不可避免的要用格式化字符串，自然就有引号，对应的字符串里面就会有转义字符。对于第一、第三处的printf("%s\n", text[i]);很容易想到，可以用puts(text[i]);替换，既简单又优雅（对于的字符串也要更改，这里只是对于的代码部分）的解决了格式字符串的开头和结尾的引号（"）和换行符(\n)。这样解决了格式化字符的问题。

对于第二处，有前后缀需要拼接，C的标准库的strcat提供了该功能（需要注意strcat要求左边的字符串有足够的空间），于是可以将第二处改为：

        char prefix[128] = "        \"";
        char postfix[] = ",";
        puts(strcat(strcat(prefix, text[i]), postfix));

这样仍然没有解决前后缀中的特殊字符，看到[]，我们自然想到，可以直接写成员的值（别拿村长不当干部，别当字符数组不是数组，查一下ASCII码表）：

        char prefix[128] = {0x09, 0x09, 0x22, 0}; // 0x09 table, 0x22 quote
        char postfix[] = {0x22, 0x2C, 0}; // 0x22 quote, 0x2C comma
        puts(strcat(strcat(prefix, text[i]), postfix));

好了，现在完美了（__LINE__是行号的预定义宏，为了消除后面6那个magic number，让程序看起来更优雅）：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    int i;
    int header = __LINE__ + 1;
    char* text[] = {
        "#include <stdio.h>",
        "#include <string.h>",
        "",
        "int main()",
        "{",
        "   int i;",
        "   int header = __LINE__ + 1;",
        "   char* text[] = {",
        "   };",
        "   ",
        "   for(i = 0; i < header; ++i) {",
        "       puts(text[i]);",
        "   }",
        "   ",
        "   for(i = 0; i < sizeof(text)/sizeof(text[0]); ++i) {",
        "       char prefix[128] = {0x09, 0x09, 0x22, 0}; // 0x09 table",
        "       char postfix[] = {0x22, 0x2C, 0}; // 0x22 quote, 0x2C comma",
        "       puts(strcat(strcat(prefix, text[i]), postfix));",
        "   }",
        "   ",
        "   for(i = header; i < sizeof(text)/sizeof(text[0]); ++i) {",
        "       puts(text[i]);",
        "   }",
        "   ",
        "   return 0;",
        "}",
    };

    for(i = 0; i < header; ++i) {
        puts(text[i]);
    }

    for(i = 0; i < sizeof(text)/sizeof(text[0]); ++i) {
        char prefix[128] = {0x09, 0x09, 0x22, 0}; // 0x09 table
        char postfix[] = {0x22, 0x2C, 0}; // 0x22 quote, 0x2C comma
        puts(strcat(strcat(prefix, text[i]), postfix));
    }

    for(i = header; i < sizeof(text)/sizeof(text[0]); ++i) {
        puts(text[i]);
    }

    return 0;
}

转载注明原文链接，及出处：http://blog.csdn.net/xusiwei1236
wikipedia的Qunie词条，可以看到更多其他语言版本的Qunie：https://en.wikipedia.org/wiki/Quine_(computing)