a23_usm002 のバックアップ(No.11) - essen-wiki

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a23_useSelfMade #2

(by K, 2023.01.18)
- 親ページ： a23_useSelfMade

2023.01.18 Wed #1

自作言語を作ってみてわかったのですが、C言語の { } を省略できるルールがかなり面倒です。たとえばforの中にifがあったとして、そのifの直後にelseが来るかどうかでforを閉じるタイミングが変わるので、処理が難しくなります（elseが来なければifの直後のセミコロンまでがforの範囲だけど、elseが来たらelseの終わりまで延長される。つまり先読みしないと閉じていいかどうか決められない）。
でも一方で、 } のためだけに1行を使うのは行数が増えて悲しいです。だから私は今まで { } の省略を結構使ってきたのです（悲しいのは、できるだけ行数を減らしたいというこだわりと、行数が少なくなれば1画面あたりに表示できる情報量が増えるのに・・・、の2点による感想です）。

私は悩みました。こんな記法がこの先何十年も使われたら、その都度言語屋さんは苦労し続けるのです。それは良くないです。こんなのは終わらせるべきです。実行しやすい形式こそ次世代に残すべきものです。・・・でもやっぱり行数は減らしたい・・・。

ということで以下のような新スタイルを考えました。
- まあとにかく、基本的にはK&Rスタイル（でももはや原形をとどめてないかも）。
- でも { } は一切省略しない。
- でも } だけの行は行数がもったいないので、 } だけになったら前の行の末尾にくっつける。
- それだと繰り返し範囲がわかりにくいと思うかもしれないけど、インデントはそのままるので大丈夫（かな？）。Pythonだってインデントだけで繰り返し範囲を表現できているのだから、このスタイルもきっと慣れれば何とかなるはずだ！
- if～gotoや、if～breakや、if～continueやif～returnは例外で、{ } をつけなくてもよい（これでひとかたまりの命令だと思うから）。これらにはelseを付けてはいけない。
- 1行は100文字以下。ifやforやwhileやdoは、文頭に置かなければいけない。
- ifやforなどのコードブロックが一行で書ききれないときは、中カッコ開きで改行する。
- 中括弧閉じのあとは中括弧閉じか改行しか置かない。
とりあえずこのスタイルに名前を付けておきます。KRKスタイルってことにします。

ということで書き直した 3dwave.c[13行] です。

AWin *w = aOpenWin(640, 480, "3dwave");
int r, x, y, gx[42][42], gy[42][42];
for (r = 0; AWin_isClose(w) == 0; r--) {
    aWait(8); aFillRect(w, 640, 480, 0, 0, 0x000000);
    for (y = -20; y <= 21; y++) {
        for (x = -20; x <= 21; x++) {
            float d = sqrt(x * x + y * y), z = sin(r * 0.1 + d) * 50 / (d + 5);
            int x0 = x + 19, y0 = y + 19, x1 = x + 20, y1 = y + 20;
            gx[y1][x1] = (x * 2 - y * 2 + z * 0) * 4 + 320;
            gy[y1][x1] = (x * 2 + y * 2 + z * 1) * 2 + 240;
            if (x0 >= 0 && y0 >= 0) {
                aDrawLine(w, gx[y0][x0], gy[y0][x0], gx[y0][x1], gy[y0][x1], 0x00ffff);
                aDrawLine(w, gx[y0][x0], gy[y0][x0], gx[y1][x0], gy[y1][x0], 0x00ffff); }}}}

http://k.osask.jp/files/pic20230117a.png

実行すると分かりますが、波が動きます。

この「実行しやすい形式こそ次世代に残すべき」というのは結構説得力があって（私には）、行ごとのセミコロンの省略も手元で実行する程度のものならいいけど、そうでなければちゃんとつけておくほうがいい気がしました。今はカッコのネストを見ながらセミコロンを付けるかどうか判定しているのですが、あまり良くないなあ、と。文字列リテラルが連続する場合を考慮できていないし・・・。
- ということで、これも修正。

2023.01.18 Wed #2

とにかくどんどん使わないと自分のツールの良さも悪さも分からないので、過去作をeasy-Cに移植していくことにしました。

kcubei.c[33行]

static int sqr[24] = { 7,6,2,3, 6,4,0,2, 1,0,4,5, 7,3,1,5, 3,2,0,1, 7,5,4,6 };
int vertx[8], verty[8], vertz[8], vx[8], vy[8], vz[8], sx[8], sy[8];
int centerz[7], b0[160], b1[160], thx, thy, thz, xp, xa, yp, ya, zp, za, xt, yt, zt, t;
AWin *w = aOpenWin(256, 160, "kcube-i"); int y0, y1, x, y, c, dx, *b, yk;
for (i = 0; i < 8; i++) {
    vertx[i] = ( (i >> 2)      * 2 - 1) * 50;
    verty[i] = (((i >> 1) & 1) * 2 - 1) * 50;
    vertz[i] = (( i       & 1) * 2 - 1) * 50; }
for (thx = thy = thz = 0; AWin_isClose(w) == 0; ) {
    thx = thx + 182; xp = aFf16Cos(thx); xa = aFf16Sin(thx);
    thy = thy + 273; yp = aFf16Cos(thy); ya = aFf16Sin(thy);
    thz = thz + 364; zp = aFf16Cos(thz); za = aFf16Sin(thz);
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        zt = vertz[i] * xp + verty[i] * xa;  // x軸の周りに回す.
        yt = verty[i] * xp - vertz[i] * xa;
        xt = vertx[i] * yp + aMul64Shr(zt, ya, 16);  // y軸の周りに回す.
        vz[i] = aMul64Shr(zt, yp, 16) - vertx[i] * ya;
        vx[i] = aMul64Shr(xt, zp, 16) - aMul64Shr(yt, za, 16); // z軸の周りに回す.
        vy[i] = aMul64Shr(yt, zp, 16) + aMul64Shr(xt, za, 16);
        t = 9830400 / ((vz[i] + 26214400) >> 16);
        sx[i] = aMul64Shr(vx[i], t, 31) + 128; sy[i] = aMul64Shr(vy[i], t, 31) +  80; }
    for (l = 0; l < 6 * 4; l += 4) {
        centerz[l / 4] = vz[sqr[l]] + vz[sqr[l+1]] + vz[sqr[l+2]] + vz[sqr[l+3]] + 0x70000000; }
   aWait(50); aFillRect(w, 160, 160, 48, 0, 0x000000);
   for (centerz[6] = 0; (i = aArgMaxLstInt(centerz, 0, 7)) < 6; ) {
        y0 = 999; y1 = 0; c = AWin_col16(i + 1); centerz[i] = 0; i = i * 4;
        for (l = 0; l < 4; l++) {
            b = b0; j = sqr[i + l]; k = sqr[i + (l + 1) % 4]; AUpdateMinMax(y0, y1, sy[j]);
            if (sy[j] == sy[k]) continue;
            if (sy[j] > sy[k]) { b = b1; ASwapTmp(j, k, m); }
            yk = sy[k]; dx = (sx[k] - sx[j]) * 65536 / (yk - sy[j]); x = sx[j] * 65536 + 32768;
            for (y = sy[j]; y <= yk; y++) { b[y] = x >> 16; x += dx; }}
        for (y = y0; y <= y1; y++) { aFillRect(w, b1[y] - b0[y] + 1, 1, b0[y], y, c); }}}

http://k.osask.jp/files/pic20230118a.png

実行すると分かりますが、立方体が回転します。今までこれを100行くらいで書いていた気がするので、すごい改善です。

2023.01.19 Thu #1

昨日のkcubei.cは整数演算のみのバージョンですが、おおもとのオリジナル通り浮動小数点演算も自由に使ったらどうなるか知りたくて、書いてみました。
10行減って、23行になりました。回転キューブが23行で書ける日が来るとは・・・。

kcube.c[23行]

static int sqr[24] = { 7,6,2,3, 6,4,0,2, 1,0,4,5, 7,3,1,5, 3,2,0,1, 7,5,4,6 };
int sx[8], sy[8], b0[160], b1[160], y0, y1, x, y, c, dx, *b, yk;
AWin *w = aOpenWin(256, 160, "kcube"); AVec3 vert[8], v[8], th; double centerz[7], t;
for (i = 0; i < 8; i++) {
    vert[i] = AVec3_mul(100, AVec3_new((i >> 2) - 0.5, ((i >> 1) & 1) - 0.5, (i & 1) - 0.5)); }
for (th = AVec3_new(0, 0, 0); AWin_isClose(w) == 0; ) {
    th = AVec3_add(th, AVec3_mul(3.14159265358979323 / 180, AVec3_new(1.0, 1.5, 2.0)));
    AMat33 mat = AMat33_mul(AMat33_rotZ(th.z), AMat33_mul(AMat33_rotY(th.y), AMat33_rotX(th.x)));
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        v[i] = AMat33Vec3_mul(mat, vert[i]); t = 300.0 / (v[i].z + 400);
        sx[i] = v[i].x * t + 128; sy[i] = v[i].y * t + 80; }
    for (l = 0; l < 6 * 4; l += 4) {
        centerz[l / 4] = v[sqr[l]].z + v[sqr[l+1]].z + v[sqr[l+2]].z + v[sqr[l+3]].z + 1e6; }
    aWait(50); aFillRect(w, 160, 160, 48, 0, 0x000000);
    for (centerz[6] = 0; (i = aArgMaxLstDbl(centerz, 0, 7)) < 6; ) {
        y0 = 999; y1 = 0; c = AWin_col16(i + 1); centerz[i] = 0; i = i * 4;
        for (l = 0; l < 4; l++) {
            b = b0; j = sqr[i + l]; k = sqr[i + (l + 1) % 4]; AUpdateMinMax(y0, y1, sy[j]);
            if (sy[j] == sy[k]) continue;
            if (sy[j] > sy[k]) { b = b1; ASwapTmp(j, k, m); }
            yk = sy[k]; dx = (sx[k] - sx[j]) * 65536 / (yk - sy[j]); x = sx[j] * 65536 + 32768;
            for (y = sy[j]; y <= yk; y++) { b[y] = x >> 16; x += dx; }}
        for (y = y0; y <= y1; y++) { aFillRect(w, b1[y] - b0[y] + 1, 1, b0[y], y, c); }}}

http://k.osask.jp/files/pic20230119a.png

なんとなくacl1のライブラリ関数について説明を書いておきます。
- AMat33_rotX: x軸まわりの3x3の回転行列を返します。
- aArgMaxLstDbl: double型の配列と、添え字の範囲[i0, i1)を渡すと、その範囲での最大値を探して、その時のiを返します。もし最大値が複数あるときは一番最後（Lst）に見つかったものを返します。
- AUpdateMinMax: min値、max値、監視対象の変数を指定すると、監視対象変数の内容に応じてminやmaxの変数を更新します。そういうマクロです。マクロなので、変数の型はintでもfloatでもdoubleでもポインタでもOKです。

このプログラムの最大の見どころは、描画関数として aFillRect しか使ってないということです（矩形描画）。3D描画用の便利なライブラリを使ったとかじゃないのです。見ればわかりますが、行列とかベクトルの基本的な演算（和とか積とか）と上記のちょっとした便利関数を使っているだけです。それでも23行で回転キューブが書けるのです。

2023.01.19 Thu #2

今度は簡単なレイトレーシングをやってみます。

kray.c[56行]

#include <acl1.c>

AClass(Isect) { AVec3 hitPoint, nor, col; double distance; };
AClass(Object) { AVec3 pos, col, nor; double rad; /* radius */ }; // Sphere(pos, col, rad) or Plane(pos, col, nor).
AClass(Util) { AVec3 light; Object s1, s2, s3, p; };
AInt32 col256(double t) { return (AInt32) (255.99999 * aSaturateDbl(t, 0.0, 1.0)); }

void Sphere_intersect(Object s, AVec3 rayOrigin, AVec3 rayDir, AVec3 light, Isect *i) {
    AVec3 rs = AVec3_sub(rayOrigin, s.pos);
    double b = AVec3_dot(rs, rayDir), c = AVec3_dot(rs, rs) - s.rad * s.rad, d = b * b - c;
    if (d < 0.0) return;
    double t = - b - sqrt(d);
    if (t < 1.0e-4 || t > i->distance) return;
    i->hitPoint = AVec3_add(rayOrigin, AVec3_mul(t, rayDir)); i->distance = t;
    i->nor = AVec3_normalize(AVec3_sub(i->hitPoint, s.pos));
    i->col = AVec3_mul(aSaturateDbl(AVec3_dot(light, i->nor), 0.1, 1.0), s.col); }

void Plane_intersect(Object p, AVec3 rayOrigin, AVec3 rayDir, AVec3 light, Isect *i) {
    double d = - AVec3_dot(p.pos, p.nor), v = AVec3_dot(rayDir, p.nor);
    if (v * v < 1.0e-30) return;
    double t = - (AVec3_dot(rayOrigin, p.nor) + d) / v;
    if (t < 1.0e-4 || t > i->distance) return;
    AVec3 hp = i->hitPoint = AVec3_add(rayOrigin, AVec3_mul(t, rayDir));
    i->distance = t; i->nor = p.nor;
    double d2 = aSaturateDbl(AVec3_dot(light, i->nor), 0.1, 1.0);
    if ((aReminder1(hp.x, 2) - 1) * (aReminder1(hp.z, 2) - 1) > 0) { d2 = d2 / 2; }
    i->col = AVec3_mul(d2 * (1.0 - aSaturateDbl(fabs(hp.z) * 0.04, 0.0, 1.0)), p.col); }

void Util_intersect(Util u, AVec3 rayOrigin, AVec3 rayDir, Isect *i) {
    i->distance = 1.0e+30;
    Sphere_intersect(u.s1, rayOrigin, rayDir, u.light, i);
    Sphere_intersect(u.s2, rayOrigin, rayDir, u.light, i);
    Sphere_intersect(u.s3, rayOrigin, rayDir, u.light, i);
    Plane_intersect (u.p,  rayOrigin, rayDir, u.light, i); }

void aMain(AComArg *aCA) {
    Util u; Isect i; AInt16 ix, iy, j;
    u.s1.rad = 0.5; u.s1.pos = AVec3_new( 0.0, -0.5, 0.0);       u.s1.col = AVec3_new(1, 0, 0);
    u.s2.rad = 1.0; u.s2.pos = AVec3_new( 2.0,  0.0, cos(6.66)); u.s2.col = AVec3_new(0, 1, 0);
    u.s3.rad = 1.5; u.s3.pos = AVec3_new(-2.0,  0.5, cos(3.33)); u.s3.col = AVec3_new(0, 0, 1);
    u.p.nor = AVec3_new(0, 1, 0); u.p.pos = AVec3_new(0, -1, 0); u.p. col = AVec3_new(1, 1, 1);
    AWin *win = aOpenWin(512, 384, "kray"); u.light = AVec3_new(0.577, 0.577, 0.577);
    for (iy = 0; iy < 384; iy++) {
        for (ix = 0; ix < 512; ix++) {
            AVec3 rayDir = AVec3_normalize(AVec3_new(ix / 256.0 - 1, (384 - iy) / 256.0 - 1, -1));
            Util_intersect(u, AVec3_new(0.0, 2.0, 6.0), rayDir, &i);
            AVec3 dstCol = AVec3_mul(rayDir.y, AVec3_new(1, 1, 1));
            if (i.distance < 1.0e+30) {
                AVec3 tmpCol = dstCol = i.col;
                for (j = 1; j < 4; j++) {
                    rayDir = AVec3_add(rayDir, AVec3_mul(-2.0 * AVec3_dot(rayDir, i.nor), i.nor));
                    Util_intersect(u, i.hitPoint, rayDir, &i);
                    if (i.distance >= 1.0e+30) break;
                    tmpCol = AVec3_new(tmpCol.x * i.col.x, tmpCol.y * i.col.y, tmpCol.z * i.col.z);
                    dstCol = AVec3_add(dstCol, tmpCol); }}
            aSetPix(win, ix, iy, aRgb8(col256(dstCol.x), col256(dstCol.y), col256(dstCol.z))); }}}

http://k.osask.jp/files/pic20230119b.png

レイトレーシングが56行で書けるなんて、私は感激です！
もちろんレイトレーシング用のライブラリ関数があるわけではなくて、描画関数は aSetPix のみです。自分で色を計算しています。

[Q] やっていることは面白いとは思うんだけど、C++でやったらもっと短く書けるようになるんじゃないの？
- [A] そうですね、メンバ関数とか使えるし演算子のオーバーロードもできるのでもっと短くできそうです。でも今はみんながもう旬は過ぎたと思っているC言語でもがんばればここまでできたんだっていう、そうことをやりきりたいです。

2023.01.19 Thu #3

世間では、大きなプログラムはかっこいいと思う人が一定数いるように思うのだけど、私はそうは思わない。私は大きなプログラムの達人ではなく、小さなプログラムの達人になりたい。
大きなプログラムをうまく作れる人になりたければ、例えば一人ではできないので仲間を集めなければいけないし、役割分担もうまくできるようにならないといけない。でもそれはそれでいろいろトラブルの原因にもなる。・・・いや、たった一人で大規模なプログラミングができちゃうすごい人もいるけど、でもそれだって大規模に作るには小さく作る時とは違う高度な技術が必要になる。全体を理解する能力とか。
私は小さいプログラムをうまく作ることを目指して本当に良かったと思う。小さいプログラムならすぐに全体は把握できるし、何回も作り直しても大した時間はかからない。それでどんどん完成度をあげられる。技術を極められる。他人と調整する必要もない。

2023.01.20 Fri #1

昨日は忙しくて翌日分の開発ができなかったので、今日の更新はお休み（SecHack365のzoomミーティングが夜遅くまであった）。月曜日にはもちろん再開。

こめんと欄

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