十六进制数后跟L/U/UL解析

本文介绍了C语言中的整数类型,包括有符号和无符号整数,以及各种整数类型的表示范围。同时,还详细解释了整数常量的不同表示方法,并提供了如何在程序中读写这些整数的方法。

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C语言支持两种不同的数值类型,整数类型(也称整型),浮点类型(也称浮点型)。整数类型的值是整数,而浮点类型的值则可能还有小数部分。

整数类型分类

整数类型又分为两大类:有符号型和无符号型。

有符号整数如果为正数或零,那么最左边的位(符号位)为0;如果为负数,则符号位为1。因此,最大的16位整数的二进制表示形式是0111 1111 1111 1111,对应的值是32767(即2^15-1)。而最大的32位整数是0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111,对应的数值是2147483647(即2^31-1)。

不带符号位的整数(最左边的位是数值的一部分)的整数称为无符号整数。最大的16位无符号整数是65535(即2^16-1),而最大的32位无符号整数是4294967295(即2^32-1)。

默认情况下,C语言中的整型变量都是有符号的,也就是说最左位保留为符号位。若要告诉编译器变量没有符号位,需要把它声明成unsigned类型。无符号整数主要用于系统编程和底层与机器相关的应用。

C语言还提供了四个可以修饰int的关键字:short、long、signed,以及unsigned。利用这四个关键字,C语言标准定义了以下整数类型:

1) short int(可简写为 short)

2) int

3) long int(简写:long)

4) long long int(简写:long long)

5) unsigned short int(简写:unsigned short)

6) unsigned int

7) unsigned long int(简写:unsigned long)

8) unsigned long long int(简写:unsigned long long)

有没有signed都表示有符号整数,例如:signed int等同于int。

一般我们把short称为短整型,把long称为长整型,把long long称为超长整型,把int称为整型。unsigned打头的那些整数类型统称为无符号整型。例如:我们称unsigned short为无符号短整型,以此类推。

整型数据的长度

C语言只规定short <= int <=long int。具体还得看具体的编译器,long int型并不能肯定就是64位的,很多时候long int和int表示的范围是一致的。

在16位操作系统(例如DOS)中,一般用2字节存放一个int型数据;在32位操作系统(例如Windows98)中,默认为4字节。各类整型数据的长度及读写格式见下表:

整数常量

常量是在程序中以文本形式出现的数,而不是读、写或计算出来的数。C语言允许用十进制(基数为10)、八进制(基数为8)和十六进制(基数为16)形式书写整数常量。

八进制数是用数字0~7书写的。八进制数的每一位表示一个8的幂(这就如同十进制数的每一位表示10的幂一样)。因此,八进制的数237表示成十进制数就是2x8^2+3x8^1+7x8^0=128+24+7=159。

十六进制数是用数字0~9加上字母A~F书写的,其中字母A~F表示10~15的数。十六进制数的每一位表示一个16的幂,十六进制数1AF的十进制数值是1x16^2+10x16^1+15x16^0=256+160+15=431。

十进制常量包含0~9中的数字,但是一定不能以零开头:15 255 32767

八进制常量只包含0~7中的数字,而且必须要以零开头:017 0377 077777

十六进制常量包含0~9中的数字和a~f中的字母,而且总是以0x开头:0xf 0xff 0x7fff

十六进制常量中的字母既可以是大写字母也可以是小写字母:0xf 0xFF 0x7fFF

八进制和十六进制只是书写数的方式,它们不会对数的实际存储方式产生影响。整数都是以二进制形式存储的,跟表示方式无关。任何时候都可以从一种书写方式切换到另一种书写方式,甚至可以混合使用:10+015+0x20的值为55(十进制)。

十进制整数常量的类型通常为int,但如果常量的值大得无法存储在int型中,就用long int类型。如果出现long int不够用的情况,则用unsigned long int作最后的尝试。确定八进制和十六进制常量的规则时,编译器会依次尝试int、unsigned int、long int和unsigned long int类型,直到找到能表示该常量的类型。

C99确定整数常量类型的规则与C89有些不同。对于没有后缀(U、u、L、l、LL、ll)的十进制常量,其类型是int、long int或long long int中能表示该值的“最小”类型。对于八进制或者十六进制常量,可能的类型顺序为int、unsigned int、long int、unsigned long int、long long int和unsigned long long int。常量后面的任何后缀都会改变可能类型的列表。例如,以U(或u)结尾的常量类型一定是unsigned int、unsigned long int和unsigned long long int中的一种。

为了强制编译器把常量作为长整数来处理,只需在后边加上一个字母L(或l):

15L 0377L 0x7fffL

为了指明是无符号常量,可以在常量后边加上字母U(或u):

15U 0377U 0x7fffU

L和U可以结合使用,以表明常量既是长整型又是无符号的:0xffffffffUL。(字母L、U的顺序和大小写无所谓。)

在C99中,以LL或ll(两个字母大小写要一致)结尾的整数常量是long long int型的。如果在LL或ll的前面或后面增加字母U(或u),则该整数常量为unsigned long long int型。

整数溢出

对整数执行算数运算时,其结果有可能因为太大而无法表示。例如,对两个int值进行算术运算时,结果必须仍然能用int类型来表示;否则(表示结果所需的数位太多)就会发生溢出。

整数溢出时的行为要根据操作数是有符号型还是无符号型来确定。有符号整数运算中发生溢出时,程序的行为是未定义的,未定义行为的结果是不确定的。最可能的情况是,仅仅是运算的结果出错了,但程序也有可能崩溃,或出现其他意想不到的情况。

无符号整数运算过程中发生溢出时,结果是有定义的:正确答案对2^n取模,其中n是用于存储结果的位数,例如,如果对无符号的16位数65535加1,其结果可以保证为0。

整数读/写

读写无符号整数、短整数和长整数需要转换说明符。

读写无符号整数时,使用字母u、o或x代替转换说明中的d。如果使用u说明符,该数将以十进制形式读写,o表示八进制形式,而x表示十六进制形式。


unsigned int u;

scanf("%u", &u);  /* reads u in base 10 */
printf("%u", u);  /* writes u in base 10 */
scanf("%o", &u);  /* reads u in base 8 */
printf("%o", u);  /* writes u in base 8 */
scanf("%x", &u);  /* reads u in base 16 */
printf("%x", u);  /* writes u in base 16 */

读写短整数时,在d、o、u或x前面加上字母h:


short s;

scanf("%hd", &s);
printf("%hd", s); 

读写长整数时,在d、o、u或x前面加上字母l:


short l;

scanf("%ld", &l);
printf("%ld", l); 

读写长长整数时(仅限C99),在d、o、u或x前面加上字母ll:


short ll;

scanf("%lld", &ll);
printf("%lld", ll); 
CacheLab实验1、 第一部分:编写缓存模拟器 cachelab-handout/traces子目录包含一组内存引用轨迹文件,这些文件将用于评估您在第一部分中编写的缓存模拟器的正确性。内存引用轨迹文件由Linux程序valgrind生成,具有如下格式: I 0400d7d4,8 M 0421c7f0,4 L 04f6b868,8 S 7ff0005c8,8 每行表示一次或两次内存访问,每一行的格式如下: [空格]操作地址,大小 操作字段表示内存访问的类型:“I”表示指令加载,“L”表示据加载,“S”表示据存储,“M”表示据修改(即,据加载+据存储)。在每个“I”的前面是没有空格的,在每个“M”、“L”和“S”的前面都有一个空格。“操作地址”字段代表一个64位十六进制内存地址。“大小”字段指定对应操作所访问的字节。 在第一部分中,您将编辑csim.c文件,实现一个缓存模拟器。它以valgrind的内存引用轨迹文件作为输入,模拟缓存的命中和未命中行为,并输出命中、未命中和逐出的量。 我们为您提供了一个名为csim-ref的标准的缓存模拟器的二进制可执行文件,该模拟器模拟具有任意大小和相联度的缓存的行为。在选择要逐出的缓存行时,它使用LRU替换策略,这个参考模拟器就是标准答案,它可以接收以下命令行参: ./csim-ref [-hv] -s <s> -E <E> -b <b> -t <tracefile> -h: 可选参,用于输出使用帮助 -v:可选参,用于输出跟踪信息的详细内容 -s <s>:设置组索引位的量(组量S=2s) -E <E>:设置每组的行 -b <b>:设置块大小(块大小B=2b位) -t <tracefile>:要跟踪的内存引用轨迹文件的名称 命令行参基于教科书第六章的符号(s、E和b),例如执行指令“./csim-ref -s 4 -E 1 -b 4 -t traces/yi.trace”将输出“yi.trace”内存引用轨迹文件在标准缓存模拟器(s=4,E=1,b=4)中的缓存使用情况: 第一部分的工作是要编辑csim.c文件,以使它使用与csim-ref相同的命令行参和产生与它相同的输出。请注意,拿到手上的csim.c几乎完全为空,你需要从头开始写。 第一部分的注意事项: 1) 你的csim.c文件必须在没有警告的情况下通过编译才能获得分。 2) 你的模拟器必须在任意的s、E和b下都能正常工作。这意味着你需要使用malloc函为模拟器的据结构分配空间。malloc函的使用方法自己百度。 3) 对于这个实验中,我们只对据缓存性能感兴趣,所以您的模拟器应该忽略所有指令缓存访问(以“I”开头的行)。“I”总是顶格的,它前面没有空格,而“M”、“L”和“S”前面有空格,可以根据这一点来区分。 4) 要获得第一部分的分,必须在main()函结束前调用函printsummmary()来输出命中、未命中和驱逐的量。 5) 对于这部分,您应该假设内存访问已正确对齐,因此内存访问永远不会跨越块边界。通过这个假设,你可以忽略在内存访问轨迹文件中的“大小”字段。 现在你帮我编写csim.c文件来帮我获取满分
03-26
<think>嗯,用户需要帮助编写CacheLab实验的csim.c文件,实现缓存模拟器。首先,我得回忆一下CacheLab的要求。根据引用[1],这个模拟器需要处理valgrind生成的内存轨迹文件,输出命中、未命中和逐出的次。引用[2]提到,当缓存组满时,需要根据LRU策略驱逐行。 首先,我需要确定缓存的结构参:s(组索引位)、E(每组行)、b(块偏移位)。然后解析命令行参,比如-s、-E、-b和-t(轨迹文件)。用户可能忘记处理这些参,所以代码中要正确读取它们。 接下来,处理内存访问轨迹。每行的格式是操作符(如L、S、M)、地址和大小。需要注意的是,M操作相当于一次加载后跟一次存储,所以要处理两次访问。 然后,缓存的结构设计。每个缓存组是一个组,每个行需要有效位、标记位、LRU计器。可以用结构体表示行,然后组是结构体组,缓存是组的组。 解析地址时,要提取标记位和组索引。例如,组索引从地址中间部分取出,标记位是高位部分。需要位移和掩码操作来实现。 访问缓存时,遍历对应的组,查找有效且标记匹配的行。找到就是命中,否则未命中。未命中时,如果有空闲行就使用,否则按LRU驱逐。每次访问后要更新LRU计器,最近使用的设为最大,其他递减或保持。 要注意LRU的实现,每次访问后,被访问的行LRU值设为当前最大,其他行的LRU如果更大则减1?或者每个行有一个时间戳,每次访问更新时间戳,找最小的LRU。可能用时间戳更简单,每次访问时,该行的LRU计器更新为全局时间,然后递增全局时间。查找LRU时找最小的值。 还有,处理不同的操作符:L和S需要一次处理,M需要两次,所以命中次加2,或者未命中处理两次。 代码结构大致是:解析,初始化缓存,读取轨迹文件,处理每条记录,统计结果,释放内存。 测试时需要注意valgrind轨迹的格式,忽略注释行(以I开头),只处理L、S、M。同时,地址是十六进制,需要转换为整。 可能的错误点:LRU更新逻辑不正确,地址解析错误,未正确处理不同操作符,或者内存泄漏。需要仔细检查这些部分。 用户可能需要具体的代码示例,比如如何定义缓存结构,解析地址,处理LRU等。所以给出代码框架,并解释关键部分,比如结构体定义、函实现等。 最后,确保代码正确输出命中、未命中、驱逐次,并验证是否符合测试用例。可能需要使用提供的测试工具来验证正确性。</think>根据CacheLab实验要求,我将分步骤说明如何编写csim.c缓存模拟器: ### 一、缓存结构定义 需要定义缓存的行结构体和组结构: ```c typedef struct { int valid; // 有效位 unsigned long tag; // 标记位 int lru_counter; // LRU计器 } CacheLine; typedef struct { CacheLine* lines; } CacheSet; CacheSet* cache; // 全局缓存结构 ``` ### 二、参解析与初始化 1. 解析命令行参: ```c int s, E, b; // s:组索引位 E:关联度 b:块偏移位 char* tracefile; // 通过getopt解析-s -E -b -t参 ``` 2. 初始化缓存: ```c int S = 1 << s; // 总组 cache = malloc(S * sizeof(CacheSet)); for (int i=0; i<S; i++) { cache[i].lines = malloc(E * sizeof(CacheLine)); // 初始化有效位和LRU值 } ``` ### 三、地址解析逻辑 对每个内存地址进行分解: ```c unsigned long address = strtoul(addr_str, NULL, 16); unsigned long tag = address >> (s + b); // 标记位计算 unsigned long set_index = (address >> b) & ((1UL << s) - 1); // 组索引计算 ``` ### 四、缓存访问模拟 实现核心访问逻辑: ```c void access_cache(unsigned long tag, unsigned long set_index) { CacheSet set = cache[set_index]; int hit_flag = 0, empty_index = -1; // 遍历组内所有行 for (int i=0; i<E; i++) { if (set.lines[i].valid) { if (set.lines[i].tag == tag) { // 命中 hits++; update_lru(set_index, i); return; } } else { empty_index = i; // 记录空闲行 } } // 未命中处理 misses++; if (empty_index != -1) { // 有空闲行 set.lines[empty_index].valid = 1; set.lines[empty_index].tag = tag; update_lru(set_index, empty_index); } else { // 需要驱逐 evictions++; int lru_index = find_lru(set_index); set.lines[lru_index].tag = tag; update_lru(set_index, lru_index); } } ``` ### 五、LRU策略实现 使用时间戳实现LRU: ```c void update_lru(int set_idx, int used_idx) { for (int i=0; i<E; i++) { if (i == used_idx) { cache[set_idx].lines[i].lru_counter = global_counter++; } else { cache[set_idx].lines[i].lru_counter = (cache[set_idx].lines[i].lru_counter < global_counter) ? cache[set_idx].lines[i].lru_counter : global_counter++; } } } ``` ### 六、轨迹文件处理 解析valgrind生成的轨迹文件: ```c FILE* fp = fopen(tracefile, "r"); char line[256]; while (fgets(line, sizeof(line), fp)) { if (line[0] == 'I') continue; // 忽略指令加载 char op; unsigned long addr; int size; sscanf(line, " %c %lx,%d", &op, &addr, &size); access_cache(...); // 处理地址访问 if (op == 'M') access_cache(...); // M操作需二次访问 } ``` ### 七、验证与调试 建议使用参考测试案例验证: ```bash ./csim-ref -s 4 -E 1 -b 4 -t traces/yi.trace ./csim -s 4 -E 1 -b 4 -t traces/yi.trace ```
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