クワイン（コンピューティング）

クワインは、入力を一切受け取らず、自身のソース コードのコピーを唯一の出力として生成するコンピュータ プログラムです。計算可能性理論とコンピュータ サイエンスの文献では、これらのプログラムの標準的な用語は、「自己複製プログラム」、「自己再生プログラム」、「自己コピー プログラム」です。

クインは実行環境の固定点であり、その環境はプログラムをその出力に変換する関数として考えられます。クインは、クリーネの再帰定理の直接的な結果として、チューリング完全なプログラミング言語で可能です。プログラマーは、楽しみのために、特定のプログラミング言語で可能な限り短いクインを開発しようとすることがあります。

「クワイン」という名前は、ダグラス・ホフスタッターが、彼の科学普及書『ゲーデル、エッシャー、バッハ』の中で、間接的な自己言及について広範な研究を行い、特にクワインのパラドックスとして知られる次のようなパラドックスを生み出す表現を行った哲学者ウィラード・ヴァン・オーマン・クワイン（1908年 - 2000年）に敬意を表して作った造語である。

「引用符が先行すると虚偽となる」は引用符が先行すると虚偽となる。

ジョン・フォン・ノイマンは1940年代に自己増殖オートマトンを理論化した。その後、ポール・ブラットリーとジャン・ミロの論文「コンピュータレクリエーション：自己増殖オートマトン」で1972年に自己増殖オートマトンについて議論された。 ^[1]ブラットリーが自己増殖プログラムに興味を持ったのは、1960年代にエディンバラ大学の講師兼研究者ハミッシュ・デュワーがエディンバラでアトラス・オートコード に書いた最初の自己増殖プログラムを見た後だった。

GNU Affero 一般公衆利用許諾書の「ソースのダウンロード」要件は、クワインの考えに基づいています。^[2]

一般的に、どのプログラミング言語でもクインを作成する方法は、プログラム内に 2 つの部分 ((a) 実際の印刷に使用する コードと (b) コードのテキスト形式を表すデータ) を含めることです。コードは、データを使用してコードを印刷することで機能します (データがコードのテキスト形式を表すため、これは理にかなっています)。また、単純な方法で処理されたデータを使用して、データ自体のテキスト表現を印刷します。

以下は Python3 の 3 つの小さな例です。

# 例 A. chr(39) == "'". 
a  =  'a = {}{}{} ; print(a.format(chr(39), a, chr(39)))' ;  print ( a . format ( chr ( 39 ),  a ,  chr ( 39 )))

# 例 B. chr(39) == "'". 
b  =  'b = %s%s%s ; print(b %% (chr(39), b, chr(39)))' ;  print ( b  %  ( chr ( 39 ),  b ,  chr ( 39 )))

# 例 C. %r は自動的に引用符で囲みます。
c  =  'c = %r ; print(c %% c)' ;  print ( c  %  c )

次のJavaコードは、クインの基本構造を示しています。

public class Quine { public static void main ( String [] args ) { char q = 34 ; // 引用符文字String [] l = { // ソースコードの配列"public class Quine" , "{" , " public static void main(String[] args)" , " {" , " char q = 34; // 引用符文字" , " String[] l = { // ソースコードの配列" , " " , " };" , " for (int i = 0; i < 6; i++) // 開始コードを出力" , " System.out.println(l[i]);" , " for (int i = 0; i < l.length; i++) // 文字列配列を出力" , " System.out.println(l[6] + q + l[i] + q + ',');" , " for (int i = 7; i < l.length; i++) // このコードを出力します" , " System.out.println(l[i]);" , " }" , "}" , }; for ( int i = 0 ; i < 6 ; i ++ ) //開始コードを出力しますSystem.out.println ( l [ i ] ) ; for ( int i = 0 ; i < l.length ; i ++ ) //文字列配列を出力しますSystem.out.println ( l [ 6 ] + q + l [ i ] + q + ' , ' ) ; for ( int i = 7 ; i < l.length ; i ++ ) //このコードを出力しますSystem.out.println ( l [ i ] ) ; } }  

      
  
             
           
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
                       
        
                
                
                
        
  

ソース コードには、それ自体の文字列配列が含まれており、引用符で囲まれて 2 回出力されます。

このコードはc2.comのオリジナル投稿から改変したもので、作者のJason WilsonがJavaコメントなしのQuineのミニマルバージョンとして投稿したものです。^[3]

Java 15（またはそれ以降）の新しいテキストブロック機能のおかげで、より読みやすくシンプルなバージョンが可能になります。^[4]

パブリッククラスQuine {パブリックスタティックvoid main ( String [] args ) { String textBlockQuotes = new String ( new char [] { '"' , '"' , '"' }); char newLine = 10 ; String source = """パブリック クラス Quine {	パブリック スタティック void main(String[] args) { 		String textBlockQuotes = new String(new char[]{'"', '"', '"'}); 		char newLine = 10; String 		source = %s; System.out.print ( source.formatted 		(textBlockQuotes + newLine + source + textBlockQuotes)); } } " 	" " ; System.out.print ( source.formatted ( textBlockQuotes + newLine + source + textBlockQuotes ) ); } }   
	     
		       
		   
		   









		      
	

一部のプログラミング言語には、文字列をプログラムとして評価する機能があります。Quine はこの機能を利用できます。たとえば、次のRuby のquine は次のようになります。

eval s = "print 'eval s=';p s" 

Lua では次のことができます:

s = "print(string.format('s=%c%s%c; load(s)()',34,s,34))" ;  load ( s )()

Python 3.8 の場合:

exec ( s := 'print("exec(s:= %r )" %s )' )

Schemeや他のLispなどの多くの関数型言語や、 APLなどの対話型言語では、数値は自己評価型です。TI-BASICでは、プログラムの最終行が値を返す場合、返された値が画面に表示されます。 そのため、このような言語では、1 桁のみで構成されるプログラムは 1 バイトのクワインになります。 このようなコードは自己構築されないため、これはしばしば不正行為と見なされます。

1

一部の言語、特にスクリプト言語やCでは、空のソースファイルは言語の固定点であり、出力を生成しない有効なプログラムです。^{[a]このような空のプログラムは、「世界最小の自己複製プログラム」として提出され、}国際難読化 C コード コンテストで「最悪のルール違反」賞を受賞しました。^[5]このプログラムは実際にはコンパイルされていませんでしたが、cpファイルを別のファイルにコピーするために使用され、実行しても何も印刷されませんでした。^[6]

定義上、クインはファイルの読み取りを含むいかなる形式の入力も受け取ることができません。つまり、クインが自身のソース コードを参照する場合、「不正行為」と見なされます。次のシェルスクリプトはクインではありません。

#!/bin/sh 
# 無効な quine。
# 実行されたファイルをディスクから読み取るのは不正行為です。cat 
$ 0 

シェバンディレクティブ の動作を利用した、より短いバリエーション:

#!/bin/cat

その他の疑わしい手法としては、コンパイラ メッセージを利用することが挙げられます。たとえば、GW-BASIC環境では、「Syntax Error」と入力すると、インタープリタは「Syntax Error」と応答します。

クワインの概念は、複数のレベルの再帰に拡張することができ、「ウロボロスプログラム」またはクワイン リレーを生み出します。これをマルチクワインと混同しないでください。

この Java プログラムは、元の Java コードを出力する C++ プログラムのソースを出力します。

#include <iostream> #include <string> using namespace std ; 
 
  

int main ( int argc , char * argv []) { char q = 34 ; string l [] = { " " , "=============<<<<<<<< C++ コード >>>>>>>>==============" , "#include <iostream>" , "#include <string>" , "using namespace std;" , "" , "int main(int argc, char* argv[])" , "{" , " char q = 34;" , " string l[] = {" , " };" , " for(int i = 20; i <= 25; i++)" , " cout << l[i] << endl;" , " for(int i = 0; i <= 34; i++)" , " cout << l[0] + q + l[i] + q + ',' << endl;" , " for(int i = 26; i <= 34; i++)" , " cout << l[i] << endl;" , " return 0;" , "}" , "============<<<<<<< Java コード >>>>>>>>=============" , "public class Quine" , "{" , " public static void main(String[] args)" , " {" , " char q = 34;" , " String[] l = {" , " };" , " for(int i = 2; i <= 9; i++)" , " System.out.println(l[i]);" , " for(int i = 0; i < l.length; i++)" , " System.out.println(l[0] + q + l[i] + q + ',');" , " for(int i = 10; i <= 18; i++)" , " System.out.println(l[i]);" , " }" , "}" ,}; for ( int i = 20 ; i <= 25 ; i ++ ) cout << l [ i ] << endl ; for ( int i = 0 ; i <= 34 ; i ++ ) cout << l [ 0 ] + q + l [ i ] + q + ',' << endl ; for (    

       
       
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
           
            
           
                    
    int i = 26 ; i <= 34 ; i ++ ) cout << l [ i ] << endl ; 0を返す; }       
            
     

public class Quine { public static void main ( String [] args ) { char q = 34 ; String [] l = { " " , "=============<<<<<<<< C++ コード >>>>>>>>==============" 、"#include <iostream>" 、"#include <string>" 、"using namespace std;" 、"" 、"int main(int argc, char* argv[])" 、"{" 、" char q = 34;" 、" string l[] = {" 、" };" 、" for(int i = 20; i <= 25; i++)" 、" cout << l[i] << endl;" , " for(int i = 0; i <= 34; i++)" , " cout << l[0] + q + l[i] + q + ',' << endl;" , " for(int i = 26; i <= 34; i++)" , " cout << l[i] << endl;" , " return 0;" , "}" , "============<<<<<<< Java コード >>>>>>>>=============" , "public class Quine" , "{" , " public static void main(String[] args)" , " {" , " char q = 34;" , " String[] l = {" , " };" , " for(int i = 2; i <= 9; i++)" , " System.out.println(l[i]);" , " for(int i = 0; i < l.length; i++)" , " System.out.println(l[0] + q + l[i] + q + ',');" , " for(int i = 10; i <= 18; i++)" , " System.out.println(l[i]);" , " }" , "}" , }; for ( int i = 2 ; i <= 9 ; i ++ ) System . out .println ( l [ i ] ); for ( int i = 0 ; i < l . length ; i ++ )システム. out . println ( l [ 0 ] + q +  

      
  
       
       
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
           
        
           
            l [ i ] + q + ' ,' ) ; for ( int i = 10 ; i < = 18 ; i ++ ) System.out.println ( l [ i ] ) ; } }    
           
        
  

このようなプログラムは、さまざまなサイクルの長さで作成されています。

• ハスケル→ Python → Ruby ^[7]
• Python → Bash → Perl ^[8]
• C → Haskell → Python → Perl ^[9]
• Haskell → Perl → Python → Ruby → C → Java ^[10]
• Ruby → Java → C# → Python ^[11]
• C → C++ → Ruby → Python → PHP → Perl ^[12]
• Ruby → Python → Perl → Lua → OCaml → Haskell → C → Java → Brainfuck → Whitespace → Unlambda ^[13]
• Ruby → Scala → Scheme → Scilab → Shell (bash) → S-Lang → Smalltalk → Squirrel3 → Standard ML → ... → Rexx (128 (以前は50) のプログラミング言語) ^[14]
• ウェブアプリケーション → C（ウェブアプリケーションのソースコードはHTML、JavaScript、CSSで構成されています）^[15]

Unlambdaの創始者であるDavid Madoreは、マルチクインについて次のように説明しています。^[16]

「マルチクインは、r 個の異なるプログラム (r 個の異なる言語で記述されているプログラム。この条件がなければ、これらをすべて 1 つのクインとみなすことができます) のセットです。各プログラムは、渡されたコマンド ライン引数に従って、r 個のプログラムのいずれか (自分自身を含む) を印刷できます。(不正行為は許可されていません。コマンド ライン引数は長すぎてはなりません。プログラムの全文を渡すことは不正行為とみなされます)。」

2 つの言語で構成されるマルチクイン (またはバイクイン) は、次のようなプログラムです。

• 実行すると、言語 X のクインになります。
• ユーザー定義のコマンドライン引数を指定すると、言語 Y で 2 番目のプログラムを出力します。
• 言語 Y の 2 番目のプログラムを通常どおり実行すると、これも言語 Y のクインになります。
• 言語 Y の 2 番目のプログラムにユーザー定義のコマンドライン引数を指定すると、言語 X の元のプログラムが生成されます。

バイキンは、指定されたコマンドライン引数に応じて、どちらもどちらかを印刷できる 2 つのプログラムのセットとして考えることができます。

理論的には、マルチクイン内の言語の数に制限はありません。5部構成のマルチクイン（またはペンタクイン）は、Python、Perl、C、NewLISP、F#で作成されており^[17] 、25言語のマルチクインも存在します。^[18]

マルチクインと似ていますが、マルチクインとは異なり、ポリグロットプログラムは、複数のプログラミング言語またはファイル形式の構文を組み合わせて有効な形式で記述されたコンピュータ プログラムまたはスクリプトです。ポリグロット プログラムには自己複製特性が必須ではありませんが、ポリグロット プログラムは実行可能な 1 つ以上の方法でクインになることもできます。

クインやマルチクインとは異なり、ポリグロット プログラムは、クリーネの再帰定理の結果として、任意の言語セット間に存在することが保証されません。これは、ポリグロット プログラムが構文間の相互作用に依存しており、常に 1 つの構文が別の構文に埋め込まれるという証明可能な特性に依存していないためです。

耐放射線クインとは、任意の1文字を削除しても元のプログラムと同じ文字が残るクインのことである。必然的に、このようなクインは普通のクインよりもはるかに複雑であり、Rubyの次の例にそれが表れている。^[19]

eval = 'eval$q=%q(puts %q(10210/ #{ 1 1 if 1 == 21 } }/.i rescue##/   

1 1"[13,213].max_by{|s|s.size}#"##").gsub(/\d/){["= \47 eval$q=%q( #$q )# \47 ## \47

",:eval,:instance_,"||=9"][eval$&]} 
exit)#' ##'

instance_eval = 'eval$q=%q(puts %q(10210/ #{ 1 1 if 1 == 21 } }/.i rescue##/   

1 1"[13,213].max_by{|s|s.size}#"##").gsub(/\d/){["= \47 eval$q=%q( #$q )# \47 ## \47

",:eval,:instance_,"||=9"][eval$&]} 
exit)#' ##'

/ #{ eval eval if eval == instance_eval } }/ . i rescue ##/    

eval eval "[eval||=9,instance_eval||=9].max_by{|s|s.size}#" ##" 

リレーショナルプログラミング技術を使用すると、言語のインタープリタ（または同等のコンパイラとランタイム）をリレーショナルプログラムに変換し、不動点を解くことで、クインを自動的に生成することができます。^[20]

• ダグラス・ホフスタッター：ゲーデル、エッシャー、バッハ：永遠の黄金の編み紐
• ケン・トンプソン：「信頼の信頼についての考察」（Communications of the ACM、27（8）：761-3）