TapeFlow & Asm2TM

TapeFlow 是一个高性能的图灵机（Turing Machine）模拟器，配套包含一个将类汇编语言编译为图灵机状态转移规则的编译器（Asm2TM）。

本项目的核心目标是探索计算的本质，通过将高级逻辑降级为最原始的图灵机状态转换，并在图灵机上运行复杂的程序（如贪吃蛇游戏）。它展示了如何仅通过简单的状态转移和读写操作来实现寄存器、算术运算、控制流甚至 I/O。

✨ 核心特性

1. TapeFlow (Runtime):

   • 高效模拟: 基于 Rust 实现的高性能图灵机运行时。
   • 无限纸带: 动态扩展的纸带（Tape）存储。
   • 系统调用 (Syscalls): 通过特殊状态拦截机制，赋予图灵机与宿主环境交互的能力（屏幕输出、键盘输入、随机数、渲染等）。
   • 双格式支持: 支持易读的 JSON 格式和紧凑高效的二进制 (.tm) 格式。

2. Asm2TM (Compiler):

   • 汇编编译: 将自定义汇编语言（.asm）编译为成千上万条图灵机规则。
   • 智能优化:
     • 路径优化: 编译器在编译期追踪读写头位置，最小化移动步数（不再强制每条指令后复位）。
     • 状态压缩: 通过通配符规则和共享返回路径，显著减少生成的状态数量。
   • 丰富指令集: 支持寄存器操作、算术运算、栈操作（通过间接寻址模拟）、控制流（跳转/分支）及 I/O。

🚀 快速开始

环境要求

• Rust (Cargo)
• Python 3 (用于运行测试脚本)

编译项目

cargo build --release

运行 Hello World

# 1. 编译汇编代码
cargo run --release -- compile tests/hello.asm tests/hello.tm

# 2. 运行图灵机
cargo run --release -- run tests/hello.tm

运行自动化测试

项目包含一个 Python 测试运行器，用于验证编译器的正确性。

python3 tests/runner.py

🎮 运行贪吃蛇 (Snake)

体验完全运行在图灵机上的贪吃蛇游戏！

# 1. 编译游戏代码 (生成二进制 .tm 文件以加快加载速度)
cargo run --release -- compile tests/snake.asm tests/snake.tm

# 2. 运行游戏 (开启交互模式)
cargo run --release -- run tests/snake.tm --interactive --steps 1000000

操作说明: 使用 w/a/s/d 控制方向，q 退出。

📚 文档索引

详细文档请参考 docs/ 目录：

• 汇编语言指南 (Assembly Guide): 语法、指令集及示例。
• 架构设计 (Architecture): 编译器原理、状态生成逻辑及系统调用实现。
• 使用教程 (Getting Started): 详细的上手指南。

目录结构

• src/tm.rs: 图灵机核心逻辑实现。
• src/compiler.rs: 汇编编译器及优化逻辑。
• src/main.rs: 命令行入口及运行时环境。
• tests/: 汇编程序示例及测试用例。