csapp第二章总结

_wauwa

已于 2022-11-08 19:17:52 修改

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分类专栏： csapp 文章标签： linux 服务器 java

于 2022-11-05 22:23:31 首次发布

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2.1信息存储

1、程序类型

我们将程序称为“32位程序”或“64位程序时”，区别在于该程序是如何编译的，而不是其运行的机器类型。

Linux > gcc -m32 prog.c  // 32位程序 可以在32位或者64位程序上运行
Linux > gcc -m64 prog.c  // 64位程序 只能64位程序上运行

数据类型 int32_t 和 int64_t 分别为4个字节和8个字节。不随编译器和机器设置变化。

2、字节序

网络应用程序的代码编写必须遵守已建立的关于字节顺序的规划，以确保发送方机器将它的内部表示转换成网络标准，而接收方机器则将网络标准转换为它的内部表示。

文本数据是比二进制数据具有更强的平台独立性。二进制是经过编译得到的。不同机器、编译器可能具有不同编译规则。因此二进制代码是不兼容的，很少能在不同机器和操作系统之间移植。

3、C语言中位运算

|（或）  &（与）  ~（非）

4、C语言中逻辑运算

逻辑运算认为所有非零的参数都表示TRUE，而参数0表示False。

逻辑运算符&&和||与他们对应的位级运算&和|的另一个重要区别是，逻辑运算符如果对第一个参数求值就能确定表达式的结果，那么逻辑运算符就不会对第二个参数求值（意味着提前结束）。例如表达式 a&&5/a 将不会造成被零除，表达式 p&&*p++也不会导致间接引用空指针。

5、C语言中的移位运算

左移运算：对于一个位表示为的操作数 x，x << k 会生成一个指，其位表达式为。也就是说将x右边的w-k位向左移动k位，丢弃最高的k位，并在右端补k个0.

例如：操作数 x 位表达式为 01010101，x << 3 将得到 10101000。

右移运算：所有的左移操作都是一样的，然而右移运算 x >> k 分为逻辑右移和算术右移。逻辑右移与左移相似，在左端补 k 个0，得到的结果是。而算术右移是在左端补k个操作数 x 最高有效位的值，得到的结果是。

例如：操作数 x 位表达式为 00110101, x >> 3(逻辑右移) 将得到 00000110。

操作数 x 位表达式为 00110101, x >> 3(算术右移) 将得到 00000110。

操作数 x 位表达式为 00110101, x >> 3(算术右移) 将得到 111001110。

几乎所有的编译器/机器组合都对有符号数使用算术右移。而对于无符号数右移必须是逻辑的。

下面再给出一个例子：

其中斜体的数字表示最右端（左移）或最左端（右移）填充的值。

2.2整数表示

1、无符号数编码

数值范围 0 ~ $2^{w}$ -1。介于0 ~ $2^{w}$ -1之间的数都有唯一一个w位的值编码。w位无符号值范围为0~ $UMax_{w}$ 。其中 $UMax_{w}=2^{w}-1$

2、补码编码

最高有效位 $x_{w-1}$ 也称为符号位，它的权重为 $-2^{w-1}$ ，是无符号表示中权重的负数。

w位补码能表示的值的范围为 $TMin_{w}$ ~ $TMax_{w}$ 。其中 $TMin_{w}=-2^{w-1}$ ， $TMax_{w}=2^{w-1}-1$

可以看出补码的值范围是不对称的: $|TMin|=|TMax|+1$

最大无符号数值刚好比补码最大值的两倍大一： $UMax_{w}=2TMax_{w}+1$

3、补码转为无符号数

4、无符号数转补码

5、有符号数数与无符号数的运算

要创建一个无符号常量，必须加上后缀字符‘U’或‘u’,例如12345U或者0x1A2Bu。

由于C语言同时包含有符号和无符号表达式，出现了一些奇特的行为。当执行一个运算时，如果它的一个运算数是有符号的而另一个是无符号的，那么C语言会隐式的将有符号参数强制转换为无符号数。因此对于像<和>这样的关系运算符来说，会导致非直观的结果。

6、拓展数字位表示

无符号拓展位在前面添加0 ，有符号拓展位在前面添加最高有效位的值。

7、截断数字

截断无符号数

截断补码数值

2.3整数运算

1、加法

无符号加法

补码加法

2、求反

无符号数求反

补码的非

执行补码非的另一种方式是对每一位求补，再对结果加1。-x=~x+1

3、乘法

无符号乘法

补码乘法

无符号和补码乘法具有位级等价性

相同的位向量表示的数相乘，无论是无符号还是补码形式，得到的结果截断后位级表示都相同。

4、乘以常数

在大多数机器上，由于乘法指令比较慢，需要更多的时钟周期。编译器会进行一项优化，试者用移位和加法运算的组合来代替乘以常数因子的乘法。例如 x*14 编译器会将乘法重写为（x<<3）+(x<<2)+（x<<1）。

5、除以2的幂

整数除法比整数乘法更慢。除以2的幂也可以用移位运算来实现。无符号和补码数分别使用逻辑移位和算术移位来达到目的。

2.4浮点数

1、二进制小数

例如 $101.11_{2}=1*2^{2}+0*2^{1}+1*2^{0}+1*2^{-1}+1*2^{-2}=4+0+1+\frac{1}{2}+\frac{1}{4}=5\tfrac{3}{4}$

二进制小数只能表示那些能够写出 $x*2^{y}$ 的数，其他的值只能被近似的表示，增加二进制长度可以提高表示的精度。

2、IEEE浮点表示

C语言中浮点数包括单精度和双精度，分别用32位和64位表示。

根据exp的值，被编码的值分为三种不同的情况：非规格化值、规格化值、特殊值。

规格化值：exp不全为0 也不全为1。

非规格化值：exp全为0

特殊值：exp全为1

假定8位浮点格式的示例

3、舍入

4、浮点运算

浮点运算不满足结合律和分配律