PA1--实现基础设施、表达式求值和监视点

PA1实验总结

基础设施
PA1.1基础设施
- 单步执行
- 打印寄存器
PA1.2 表达式求值
- 1. 词法分析（识别token）
- 2. 递归求值
PA1.3实现监视点

基础设施

在实现基础实施前需要的是进行源码的阅读，并且实现寄存器的模拟。实验中已经给了提示，如果需要实现寄存器的模拟需要掌握什么是匿名。只有在了解了什么是union后才可以实现寄存器的模拟，下附实现的代码（代码永远不唯一）。

 typedef struct {union{union{   uint32_t _32;                                                                             uint16_t _16;uint8_t _8[2];} gpr[8];/* Do NOT change the order of the GPRs' definitions. *//* In NEMU, rtlreg_t is exactly uint32_t. This makes RTL instructions1. in PA2 able to directly access these registers.*/   struct{uint32_t eax;uint32_t ecx;uint32_t edx;uint32_t ebx;uint32_t esp;uint32_t ebp;uint32_t esi;uint32_t edi;};  };  vaddr_t eip;} CPU_state;

在实现了寄存器模拟后，开始进行基础设施的搭建。

PA1.1基础设施

单步执行

实现单步执行的功能有两个关键点：

学习strtok（）函数。直接去查找库函数的官方文档即可。
调用cpu_exec（）函数。

static int cmd_si(char *args){   char *arg = strtok(args," ");// printf("%s\n",arg);if(arg == NULL){printf("too few arguments.\n");return 1;}int num = atoi(arg);cpu_exec(num);printf("OK");return 0;
};

注：附上的代码注释部分是用来测试用的。

打印寄存器

打印寄存器部分比较容易实现，只需要用strtok（）函数将字符串分割成想要的部分即可。

static int cmd_info(char *args){char *arg = strtok(args," ");printf("%s\n",arg);//cpu infoif (strcmp(arg,"r")==0){printf("eax is %x\n",cpu.eax);printf("ecx is %x\n",cpu.ecx);printf("edx is %x\n",cpu.edx);printf("ebx is %x\n",cpu.ebx);printf("esp is %x\n",cpu.esp);printf("ebp is %x\n",cpu.ebp); printf("esi is %x\n",cpu.esi);printf("edi is %x\n",cpu.edi);printf("---------------------------\n");}else if(strcmp(arg,"w")==0){print_wp();    //此部分是后期用来打印监测点状态使用，前期可以先注释掉。}return 0;
}

### 扫描内存
这部分直接给出代码，没有什么特别的思考逻辑。

static int cmd_x(char *args){//获取内存起始地址和扫描长度。if(args == NULL){printf("too few parameter! \n");return 1;}char *arg = strtok(args," ");if(arg == NULL){printf("too few parameter! \n");return 1;}int  n = atoi(arg);char *EXPR = strtok(NULL," ");if(EXPR == NULL){                                                                                                                                          printf("too few parameter! \n");return 1;}if(strtok(NULL," ")!=NULL){printf("too many parameter! \n");return 1;}bool success = true;//vaddr_t addr = expr(EXPR , &success);if (success!=true){printf("ERRO!!\n");return 1;}char *str;// vaddr_t addr = atoi(EXPR);vaddr_t addr =  strtol( EXPR,&str,16 );// printf("%#lX\n",ad);//进行内存扫描,每次四个字节;for(int i = 0 ; i < n ; i++){uint32_t data = vaddr_read(addr + i * 4,4);printf("0x%08x  " , addr + i * 4 );for(int j =0 ; j < 4 ; j++){printf("0x%02x " , data & 0xff);data = data >> 8 ;}printf("\n");}return 0;
}

PA1.2 表达式求值

这个部分我用了比较长的时间，而且在做后面的实验时又对这个部分进行了补充。对于这部分，我不会贴出全部源代码，只会给出实验结果和思路。
整个表达式求值的过程我分成了两个部分：

1. 词法分析（识别token）

在进行此法分析时，首先要进行的是了解正则表达式。正则表达式的用途很广，而且很神奇，最重要的是还很复杂。在此我大概说一下自己在实现这个部分是走过的坑。
第一个坑毫无疑问是正则表达式的撰写，对于这个我想说的是：多测试，尽可能想的全面。只有这样才能写出一个可以使用的正则表达式。
在完成tokens识别后需要做的是将token信息存储到tokens[]数组中，这里我使用的是strncpy()函数，因为这个函数可以更好的控制字符串复制的起始位置。
至此就已经实现一个简单的词法分析器了。

2. 递归求值

在识别并记录下全部的token信息后，可以进行求值运算了，在整个求值运算中已经有了一个完整的递归框架，这里我会详细说下其中两个功能函数

括号匹配函数

bool check_parentheses(int p ,int q){// printf("--------------\n");  int i,tag = 0;if(tokens[p].type != TK_LEFT || tokens[q].type != TK_RIGHT) return false; //首尾没有()则为false for(i = p ; i <= q ; i ++){    if(tokens[i].type == TK_LEFT) tag++;else if(tokens[i].type == TK_RIGHT) tag--;if(tag == 0 && i < q) return false ;  //(3+4)*(5+3) 返回false}                              if( tag != 0 ) return false;   return true;
}

主操作符寻找函数

int dominant_operator(int p , int q){int i ,dom = p, left_n = 0;int pr = -1 ;for(i = p ; i <= q ; i++){if(tokens[i].type == TK_LEFT){left_n += 1;i++;while(1){if(tokens[i].type == TK_LEFT) left_n += 1;else if(tokens[i].type == TK_RIGHT) left_n --;i++;if(left_n == 0)break;}  if(i > q)break;}      else if(tokens[i].type == TK_NUM10) continue;else if(pir(tokens[i].type ) > pr){pr = pir(tokens[i].type);dom = i;}      }          // printf("%d\n",left_n);return dom;
}

其中pir是优先级函数，这里我按照c语言的标准对不同操作符赋予优先级。
在完成以上函数后，就已经实现了基本的表达式求值函数，接下来是对表达式求值的扩展- -负数和指针的识别。

 for(int i = 0 ;i<nr_token;i++) {if(tokens[i].type=='*'&&(i==0||(tokens[i-1].type!=TK_NUM10&&tokens[i-1].type!=TK_LEFT&&tokens[i].type!=TK_NUM16)))tokens[i].type = TK_POINT;if(tokens[i].type=='-'&&(i==0||(tokens[i-1].type!=TK_NUM10&&tokens[i-1].type!=TK_LEFT&&tokens[i].type!=TK_NUM16)))tokens[i].type = TK_NEG;}

在进行负数和指针的识别时要注意特殊情况多个负号和多个指针，这里我在处理时加了一下代码：

       if(tokens[op].type == TK_NEG){for( i = op ; i<nr_token ; i++){if(tokens[i].type == TK_NUM10){sscanf(tokens[i].str, "%x", &result);//printf("%d \n",result);// return -result;break;}}  for( ;i > 0 ;i --) result = -result;return result;}      else if (tokens[op].type == TK_POINT){for( i = op ; i<nr_token ; i++){if(tokens[i].type == TK_NUM10){sscanf(tokens[op+1].str, "%x", &result);// result = vaddr_read(result, 4);// return result;break;}}  for( ;i > 0 ;i -- ) vaddr_read(result, 4);return result;}

这里的逻辑是统计符号的个数，然后进行相应次数的操作。
至此完成PA1.2部分。

PA1.3实现监视点

对于实现监视点功能主要有三个部分函数（监视点所需要的结构类型，大家可以自行思考，能够实现功能即可）：

添加监视点：

//需要存入表达式和结果。
WP *new_wp(char *str , int value){if(su == true){init_wp_pool();su = false;//printf("!!!!!!!!!!!!!\n");}if(free_ == NULL){printf("Erro!free is null.\n");assert(0);}WP *new = NULL;new = free_;free_ = free_->next;// printf("!!!!%d\n",value);// printf("!!!!%s\n",str);new->value = value;// printf("!!!!%d\n",new->value);strcpy(new->expr, str);// printf("!!!!%d\n",new->value);// printf("%s /n",new->expr);new->next = NULL;new->isused = true;if(head == NULL) head = new;else{new->next = head;head = new ;}return new;
}

再添加监视点前，我进行了一次判断，这个判断主要用途是判定监视点池是否完成初始化。
3. 释放监视点

void free_wp(int no){WP *p = head;if(head == NULL){                                                                                                                                          printf("监视点列表为空。 \n");assert(0);}else if(p->NO == no){head = head->next;p->value = 0;p->isused = false; p->next = free_;free_ = p;printf("已经删除第%d个监视点。\n", no);// free(p);return;}else{WP *q = head;p = p ->next;while(p!=NULL){if (p->NO == no){q->next = p->next;p->value = 0;p->isused = false;p->next = free_;free_ = p;printf("已经删除第%d个监视点。\n", no);//       free(p);free(q);return;}else{p = p -> next;q = q -> next;}}printf("不存在第%d个监视点。\n",no);return;
}

打印监视点

void print_wp(){WP *p = head;if(p ==NULL){printf("监视点为空！\n");return;}else{while(p!=NULL){printf("%d   %s 0x%08x\n",p->NO , p->expr, p->value);p=p->next;}return;}return;
}

至此已经完成了整个PA1实验，思考题每个人都会有自己的答案。