csapp lab环境搭建及lab1wp

一.环境搭建

首先要搞一个ubantu的虚拟机，具体自行百度
搞好虚拟机开始搭建环境，右键打开终端，然后输入以下指令

apt-get update    //更新apt软件源
apt-get install sudo   //安装sudo
sudo apt-get install build-essential  //安装c/c++编译环境
sudo apt-get install gcc-multilib  //补充gcc的完整环境(gcc-multilib)
sudo apt-get install gdb  //安装gdb
sudo apt-get install make  //安装make

如何做题及如何检查对错，输入以下指令（以第一道题bitXor为例）

make btest
./btest -f bitXor
./btest -g //总览所有题的得分

得满分就说明做对了
**

二.lab1wp

int规则（百度翻译的，应该能看懂）

整数常量0到255（0xFF），包括在内。
不允许使用大常量，例如0xffffffff。
明确禁止您：

1.使用任何控件构造，例如if、do、while、for、switch等。

2.定义或使用任何宏。

3.在此文件中定义任何附加功能。

4.调用任何函数。

5.使用任何其他操作，如&&、| |、-、or、？：

6.使用任何形式的铸造。

7.使用int以外的任何数据类型。这意味着
无法使用数组、结构或联合。

1.bitxor

//1
/* * bitXor - x^y using only ~ and & *   Example: bitXor(4, 5) = 1*   Legal ops: ~ &*   Max ops: 14*   Rating: 1*/

题意就是用~、&来实现异或
~：对于二进制的每一位，将1变为0，将0变为1

对于x，y，只能有两种&组合，x&y和~x & ~y，如果是 ~x&y，或者是 ~y&x，都是行不通，要么都取反，要么都不取
这里就用4，5来尝试一下，4&5=0100，~4 & ~5=1010
这下就是进行不断尝试组合，出答案

int bitXor(int x, int y) {return ~(x & y)&~(~x&~y);
}

2.tmin

/* * tmin - return minimum two's complement integer *   Legal ops: ! ~ & ^ | + << >>*   Max ops: 4*   Rating: 1*/

题意是求二进制补码的最小值，0x10000000是最小值，但是只能输入0到255（0xFF）之间的，所以要用到左移<<，具体如下：

int tmin(void) {return 1 << 31;
}

3.isTmax

//2
/** isTmax - returns 1 if x is the maximum, two's complement number,*     and 0 otherwise *   Legal ops: ! ~ & ^ | +*   Max ops: 10*   Rating: 1*/

题意是如果接受的x为二进制最大值，就返回1，否则为0
二进制最大值为0x7FFF FFFF，假设它就是x，则x+1就是0x8000 0000，这个时候将二者异或就得到了0xFFFF FFFF，再加一个 ‘~’ ，就得到了0,最后return时再用逻辑非即可。但是0xFFFF FFFF与其+1异或后也是0xFFFF FFFF，这个时候再对其+1的数两次 ‘!’，为0，结合一下进行与运算
具体实现如下：

int isTmax(int x) {int r=x+1;r=~(x^r);return !(r^x) &!!(x+1);
}

4.allOddBits

/* * allOddBits - return 1 if all odd-numbered bits in word set to 1*   where bits are numbered from 0 (least significant) to 31 (most significant)*   Examples allOddBits(0xFFFFFFFD) = 0, allOddBits(0xAAAAAAAA) = 1*   Legal ops: ! ~ & ^ | + << >>*   Max ops: 12*   Rating: 2*/

题意就是当所有奇数位为1时，返回1。
满足所有奇数位为1的数只有0xAAAA AAAA和0xFFFF FFFF,这个时候就要用到异或来判断了
首先假设x是0xAAAA AAAA，要弄出一个与x异或的值0xAAAA AAAA，这样使其为0后，再用逻辑非变成1，
如果x为0xFFFF FFFF ，这里需要再多加一条与运算，使其先变为0xAAAA AAAA再异或就得到0了
现在还有一个问题就是0xAAAA AAAA怎么给变量赋上值，这里就要用到逻辑左移和异或结合得到
具体如下：

int allOddBits(int x) {int q1=0xaa;int q2=q1<<8;  //q2=aa00int q3=q2^q1;  //q3=aaaaint q4=q3<<16; //q4=aaaa0000int q=q3^q4;  // q=aaaaaaaaq1=q&x; return !(q1^q);
}

5.negate

/* * negate - return -x *   Example: negate(1) = -1.*   Legal ops: ! ~ & ^ | + << >>*   Max ops: 5*   Rating: 2*/

题意就是取相反值
这个还是要用到~，对每一位，0变1，1变0
就拿x=0xFFFF FFFF来说，~x=0，0+1=1，
再拿x=0x8000 0001来说，~x+1=0x7FFF FFFD +1=0x7FFF FFFF
具体如下：

int negate(int x) {return ~x + 1;
}

6.isAsciiDigit

/* * isAsciiDigit - return 1 if 0x30 <= x <= 0x39 (ASCII codes for characters '0' to '9')*   Example: isAsciiDigit(0x35) = 1.*            isAsciiDigit(0x3a) = 0.*            isAsciiDigit(0x05) = 0.*   Legal ops: ! ~ & ^ | + << >>*   Max ops: 15*   Rating: 3*/

题意就是如果0x30 <= x <= 0x39，则返回为1
也就是满足x-0x30>=0&&x-0x39<=0返回为1
这里x-0x39>=0要改为x-0x3a<0好表示,当然也可以0x39-x>0
然后结合逻辑非’!'以及或运算
具体如下:

int isAsciiDigit(int x) {return !(((x+~0x30+1)>>31)|!((x+~0x3a+1)>>31));
}

7.conditional

/* * conditional - same as x ? y : z*   Example: conditional(2,4,5) = 4*   Legal ops: ! ~ & ^ | + << >>*   Max ops: 16*   Rating: 3*/

题意就是实现x?y:z即如果x为真那么值就是y 否则就是z
先将用两个逻辑非将不为0的变为1,为0的则还是0
若x为真,则将其变为x=0xFFFF FFFF,这样有利于与运算时
若不为真,则使用逻辑取反,将x=0变为0xFFFF FFFF
具体如下:

int conditional(int x, int y, int z) {x=!!x; //先将x化为0或1int a=(x<<31)>>31;return (a & y)+(~a&z);
}

8.isLessOrEqual

isLessOrEqual - if x <= y then return 1, else return 0
Example: isLessOrEqual(4,5) = 1.
Legal ops: ! ~ & ^ | + << >>
Max ops: 24
Rating: 3
*/
题意:若x<=y返回为1,否则为0
首先先用异或和逻辑非判断x与y是否相等，相等则为1

若不相等,则x为负数，y为正数时，也就是x符号位为1，y的符号位为0时，我们可以试图让其返回为1
那先让x，y同时右移31为，此时x为0xFFFF FFFF，y为0，用逻辑非让x为0，再用或运算使x，y两者返回为0，
最后再用一个逻辑非让其为1。其实考虑的这种方法虽然只考虑了x为负数，y为正数，但是也同样适用y为负数，x为正数的时候

然后再考虑x与y符号位一致时，首先用异或判定符号位是否一致，然后此时只需用x+~y+1=x-y得到的数为0xFFFF FFFF，使用两个逻辑非将其变成1，然后给两者与运算

满足以上三种情况的任意一种就可以
具体如下：

int isLessOrEqual(int x, int y) {int equal= !(x^y);int xh=x>>31;int yh=y>>31;int wudi=!((!xh)|yh);int yf=~y+1;int same=!(xh^yh);int jian=!!((x+yf)>>31);return equal|wudi|(same&jian);
}

9.logicalNeg

/* * logicalNeg - implement the ! operator, using all of *              the legal operators except !*   Examples: logicalNeg(3) = 0, logicalNeg(0) = 1*   Legal ops: ~ & ^ | + << >>*   Max ops: 12*   Rating: 4 */

题意：用上述的符号实现逻辑非
让不为0的数变为0，让0变为1，想一想，0和他的相反数符号位都是0，而相反不为0的数和他的相反数符号位肯定有一个为1
使用或运算得到-1最后再加上个1就满足了
具体如下：

int logicalNeg(int x) {int xfh=(~x+1)>>31;  int xh=x>>31; return (xh | xfh)+1;
}

10.howManyBits

/* howManyBits - return the minimum number of bits required to represent x in*             two's complement*  Examples: howManyBits(12) = 5*            howManyBits(298) = 10*            howManyBits(-5) = 4*            howManyBits(0)  = 1*            howManyBits(-1) = 1*            howManyBits(0x80000000) = 32*  Legal ops: ! ~ & ^ | + << >>*  Max ops: 90*  Rating: 4*/

题意：判断输入的数有几位
首先我们要对负数进行取反，正数该是什么就是什么，主要是为了方便判断位数
这里要用到二分法，先判断是否有16位
如果有，再判断是否有24位，否则就判断是否有8位，然后像这样8，4，2，1，0进行判断
这里咱也不会讲，就直接上代码吧

int howManyBits(int x) {int sign = x >> 31;x = (~sign & x) | (sign & ~x); //取反int b16 = !!(x >> 16) << 4;//判断是否有16位x >>= b16;int b8 = !!(x >> 8) << 3; x >>= b8;int b4 = !!(x >> 4) << 2;x >>= b4;int b2 = !!(x >> 2) << 1; x >>= b2;int b1 = !!(x >> 1);x >>= b1;int b0 = x;return b16 + b8 + b4 + b2 + b1 + b0 + 1;//+1是因为就如果像0这样的数，判定的时候是有1位的
}

float规则

编码规则没有那么严格。您可以使用循环和

条件控制。您可以同时使用整数和无符号。

可以使用任意整数和无符号常量。你可以使用任何算术，

对整型或无符号数据执行逻辑或比较操作。

明确禁止您：

1.定义或使用任何宏。

2.在此文件中定义任何附加函数。

3.调用任何函数。

4.使用任何形式的铸造。

5.使用除int或unsigned之外的任何数据类型。这意味着你

无法使用数组、结构或联合。

6.使用任何浮点数据类型、运算或常量。

floatScale2

/**floatScale2-返回表达式2*f的等效位级别*浮点参数f。*参数和结果都作为无符号int传递，但是它们将被解释为单精度浮点值。*当参数为NaN时，返回参数*合法运算：任何整数/无符号运算，包括| |，&&&。如果，虽然*最多操作符：30*评级：4*/

这张图片有点比较模糊，也请大家凑和看吧
第一位是符号位，中间的8位是阶码，后面的23位是尾数
s是符号位，M是尾数，E是阶码
浮点数就分为这四类，规格化的是中间八位!=0&!=255,后面任意
非规格化的就是中间八位为0，后面任意值
无穷大就是中间八位为0xFF，后面23位为0
NaN跟无穷大的区别就是后面23位不为0

题意：返回传入的数的二倍
无穷大和NaN返回值就是它本身
规格化的就让它阶码+1就可以了，非规格化的就让它左移一位（比如二进制10左移就是100）

代码实现如下：

unsigned floatScale2(unsigned uf) {unsigned exp=(uf&0x7f800000)>>23;unsigned sign=uf>>31&0x1;unsigned frac=uf&0x7FFFFF;unsigned res;if(exp==0xff){return uf;}else if(exp==0){frac<<=1;//res=(sign<<31)|(exp<<23)|frac;}else{exp++;res=(sign<<31)|(exp<<23)|frac;}return res;
}

floatFloat2Int

/**float2int-返回表达式（int）f的位级等效值*对于浮点参数f。*参数作为无符号int传递，但它将被解释为单精度浮点值。*任何超出范围的东西（包括NaN和infinity）都应该返回*0x80000000u。*合法运算：任何整数/无符号运算，包括||,&&. also if, while*最多符号位：30*评级：4*/

题意：将浮点型uf转换为int类型
不会了。。。
不理解23和31是怎么回事。。。
只有搬来的代码

int e = ((uf & 0x7F800000) >> 23) - 0x7F;int f = ((uf & 0x007FFFFF) | 0x00800000);if (!(uf & 0x7FFFFFFF) || e < 0)return 0;if (e > 31)return 0x80000000;if (e > 23)f = f << (e - 23);elsef = f >> (23 - e);if (!(uf >> 31))return f;elsereturn ~f + 1;

floatPower2

/**floatPower2-返回与表达式2.0^x等效的位级别*（2.0升为x的幂）用于任何32位整数x。*返回的无符号值应具有相同的位*表示为单精度浮点数2.0^x。*如果结果太小，无法表示为denorm，则返回0. 如果太大，返回+INF。*合法运算：任何整数/无符号运算，包括| |，&&&。如果，虽然*最多：30*评级：4*/

fw继续摆烂
搬运代码如下：

if(x>127)//overflowreturn 0x7f800000;//+inf 符号位0 阶码全1 尾数全0//规格化的 [-126,127]if(x>=-126){unsigned exp = x+127;//加上biasreturn exp<<23;//只需改变阶数}//非规格化的 [-149,-127]if(x>=-149)return 0x1<<(x+149);//只需改变尾数//x<-149 too small to be representedreturn 0;