自產生程式

自產生程式（英語：Quine），指的是輸出結果為程式自身原始碼的程式。其英文名稱以美國哲學家奎恩（Willard Van Orman Quine）命名，

能夠直接讀取自己原始碼、讀入用戶輸入或空白的程式一般都不視為自產生程式。

起源

這種編程思想在電腦剛剛興起的時候就已出現。Paul Bratley發表的文章《Computer Recreations: Self-Reproducing Automata》也對此進行了討論。^[1]而已知最早的這類程式在1960年代於愛丁堡大學出現，由Hamish Dewar以Atlas Autocode（英語：Atlas Autocode）編寫：

%BEGIN
!THIS IS A SELF-REPRODUCING PROGRAM
%ROUTINESPEC R
R
PRINT SYMBOL(39)
R
PRINT SYMBOL(39)
NEWLINE
%CAPTION %END~
%CAPTION %ENDOFPROGRAM~
%ROUTINE R
%PRINTTEXT '
%BEGIN
!THIS IS A SELF-REPRODUCING PROGRAM
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R
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%ROUTINE R
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%END
%ENDOFPROGRAM

原理

我們先定義一個函數${\displaystyle q}$，對於一個字串${\displaystyle w_{a}}$，${\displaystyle q(w_{a})}$經過程式語言的解釋會變成${\displaystyle w_{b}}$。

對於一個程式${\displaystyle P}$而言，以下會使用${\displaystyle \langle P\rangle }$來表示程式P的描述（即程式碼）。

建立一個程式SELF，SELF由A、B所組成。換言之${\displaystyle \langle SELF\rangle =\langle A\rangle \langle B\rangle }$。且會先執行A再執行B。

A=“儲存${\displaystyle \langle B\rangle }$”

B=“對於輸入<M> ,而M為一段程式碼。一、計算出q(<M>)
二、把計算結果和<M>結合起來
三、印出所出求出描述。”

而自生實際執行的過程為：

一、首先A先執行，會得到${\displaystyle \langle B\rangle }$。

二、B開始執行，然後被輸入${\displaystyle \langle B\rangle }$（即${\displaystyle M=B}$）。

三、B利用${\displaystyle \langle B\rangle }$ ,可以計算出${\displaystyle q(\langle B\rangle )}$，並以此計算出${\displaystyle \langle A\rangle }$。將${\displaystyle \langle A\rangle }$與${\displaystyle \langle B\rangle }$組合成一個新的程式的描述${\displaystyle \langle SELF\rangle }$。

四、輸出${\displaystyle \langle SELF\rangle }$。

範例

在Quine的定義里，程式不能有任何形式的輸入，否則將被視為「作弊」。例如，一個程式讀取該程式自身的原始碼然後列印出來，利用這種方法的程式屬於作弊的Quine。

Perl

一個用Perl編寫的無作弊的Quine：

$_=q{print"\$_=q{$_};eval"};eval

Python

Python本身提供repr()運算，其作用大致等同於上述之q()。如：

# repr() function
 >>> w='Hello World\nHwllo World'
 >>> print (w)
 Hello World
 Hwllo World
 >>> repr(w)
 "'Hello World\\nHwllo World'"

# Quine (line 11, 13, 14) 
A:
  >>> x='y="x="+repr(x)+"\\n"\nprint (y+x)'
B:
  >>> y="x="+repr(x)+"\n"
  >>> print (y+x)
  x='y="x="+repr(x)+"\\n"\nprint (y+x)'
  y="x="+repr(x)+"\n"
  print (y+x)

參見

• 塔珀自指公式

參考文獻

1. Bratley, Paul; Millo, Jean. Computer Recreations: Self-Reproducing Automata. Software Practice and Experience. 1972, 2: 397–400. doi:10.1002/spe.4380020411.

外部連結

• The Quine Page （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• wikisource:Quines^{[永久失效連結]}
• JavaWorld@TW - 自產生程式 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）