06 PA1：学习记录

PA1学习记录

计算机可以没有寄存器吗？

CHATGPT:
在现代计算机体系结构中，寄存器是一个至关重要的组成部分，因为它们存储CPU中需要处理的数据和指令。因此，在现代计算机中，寄存器是必不可少的。

寄存器是CPU内部的存储单元，它们通常比其他存储器（如内存）更快速。寄存器存储CPU正在处理的数据和指令，这些数据和指令用于执行算术、逻辑和控制操作。CPU需要快速地读取和写入这些寄存器中的数据，以便能够快速地处理指令和数据。

虽然理论上，计算机可以没有寄存器，但是在现代计算机中，它们是必不可少的。没有寄存器，CPU将需要不断地从内存中读取和写入数据，这将严重降低计算机的性能。因此，寄存器在现代计算机体系结构中扮演着至关重要的角色。

RTFSC(阅读源码)

Nemu的主要组成：monitor, CPU, memory, 设备
CPU：通过读取寄存器的值，进行运算。
memory：存储信息
monitor：监控客户计算机的运行状态
设备：外设，方便使用

nemu项目的构成：

configs : 预先提供的配置文件
include ： 全局使用的头文件
Kconfig : 配置信息管理的规则
Makefile : Makefile构建脚本
scripts ： Makefile构建脚本
src ： .c 源文件
tools ： 工具 如：生成表达式

一个程序是从哪里开始执行的

C语言是从main函数开始执行的

选择RISV 64

通过更改 nemu/tools/kconfig 文件实现更改ISA

为什么全部都是函数?

在使用函数调用的情况下，init_monitor()函数将整个监视器的初始化分解成多个小任务，每个小任务都是由一个独立的函数完成的。这样的设计带来了以下几个好处：

代码复用性：如果需要在其他地方使用这些小任务中的某一个或多个，只需要单独调用对应的函数即可，而不需要复制粘贴函数体。这样的代码重用可以提高代码的可维护性和可扩展性。

可读性：将任务拆分成多个小函数，可以使代码更加模块化，易于理解和调试。

可维护性：当需要修改某个小任务时，只需要修改对应的函数代码，而不需要修改init_monitor()函数的代码。这样的设计可以减少代码修改带来的风险，从而提高代码的可维护性。

可测试性：每个小任务可以单独进行测试，这样可以更容易地发现和定位问题。

综上所述，使用函数调用可以提高代码的可读性、可维护性、可扩展性和可测试性。虽然将函数展开后代码的正确性不受影响，但使用函数调用可以使代码更加优雅、易于理解和管理。

GDB调试

layout src 代码与程序一起调试 （会出现花屏 通过 ctrl  x  a 输入两次刷新屏幕来解决）
layout split 通过查看汇编一起调试

run：开始运行程序

break：设置断点

break function：在函数function的开头设置断点
break file.c:line：在文件file.c的第line行设置断点
continue：继续运行程序直到下一个断点

next：单步执行一行代码，不进入函数内部

step：单步执行一行代码，进入函数内部

print：打印变量的值

print var：打印变量var的值
print *ptr：打印指针ptr所指向的值
info：显示调试信息

info break：显示所有断点
info locals：显示当前函数的所有局部变量
backtrace：显示函数调用栈

finish：从当前函数返回

quit：退出GDB调试器

优美的退出

uint32_t 当为-1时 实际上为 uint32_t MAX
q退出报错：return !good 改成 return good
返回值大于0

简易调试器

预学习知识Ctags

ctags是一种代码索引工具，可以用来生成源代码的索引文件，支持多种编程语言，包括C、C++、Java、Python等。以下是一些常用的ctags命令：

ctags filename：生成filename文件的索引文件tags。

ctags -R dir：生成目录dir下所有文件的索引文件tags。

ctags -e filename：生成filename文件的索引文件tags，格式为Emacs。

ctags --extra=+q filename：在tags文件中添加每个标识符的类别。

ctags --exclude=pattern dir：在生成tags文件时排除符合模式pattern的文件。

ctags -a filename：将filename文件的标识符添加到现有的tags文件中。

ctags -f tagsfile filenames：将filenames文件生成一个tagsfile索引文件。

ctags --fields=+iaS filename：在tags文件中包含标识符、访问类型、类型和文件名。

ctags --langmap=c:.h filename：将.h文件看作是C文件，以便正确地索引它们。

ctags --verbose filename：在生成tags文件时显示详细信息。

这些命令只是ctags的一部分，可以在终端中输入ctags --help查看所有的命令和选项。

生成文件后可以实现快速跳转函数
推荐使用neovim
具体安装如下：
参考北大 吴同学：https://github.com/ZyWCN1998/MyDevEnvFile

字符串处理常用的函数

字符串处理：ssprintf  ssscanf  strcmp strcpy strnpy  strtok
字符串到数字的转化：atoi strtoul

单步执行

在cpu-exec.c文件中存在如下函数：

void trace_and_difftest(Decode *_this,vaddr_t dnpc) 输出命令在每一次CPU执行时都会执行
void exec once(Decode *s,vaddr t pc) 单步执行
void execute(uint64_t n) 可选择执行多少步
void cpu_exec(uint64 t n) 仿真CPU工作 在单步执行中调用该函数即可

打印寄存器

在文件isa-def.h中存在如下结构体定义,该结构体中gpr存放了32个寄存器的值，以word_t的类型,可以通过在isa_reg_display(void);中调用实现打印寄存器。

#include <common.h>
typedef struct {
word_t gpr[32]; 
vaddr t pc; }
loongarch32r CPU_state;
typedef MUXDEF(CONFIG ISA64,uint64 t,uint32 t)word t;

扫描内存

初级版本的扫描内存（后面实现表达式可以加进来），通过调用paddr.c文件中的函数

word_t paddr_read(paddr_t addr, int len) {
  if (likely(in_pmem(addr))) return pmem_read(addr, len);
  IFDEF(CONFIG_DEVICE, return mmio_read(addr, len));
  out_of_bound(addr);
  return 0;
}

表达式求值

词法分析

"0x80100000+   ($a0 +5)*4 - *(  $t1 + 8) + number"
完成表达式求值后能够进行如下的计算

正则表达式

以下是一些常见的正则表达式：

匹配一个数字：\d
匹配一个非数字字符：\D
匹配一个字母或数字：\w
匹配一个非字母或数字字符：\W
匹配一个空格字符：\s
匹配一个非空格字符：\S
匹配一个任意字符（除了换行符）：.
匹配字符串的开头：^
匹配字符串的结尾：$
匹配一个或多个前面的字符：+
匹配零个或多个前面的字符：*
匹配零个或一个前面的字符：?
匹配一个特定的字符：[]
匹配一个范围内的字符：[a-z]、[0-9] 等
匹配一个不在特定范围内的字符：[^abc]
匹配一个单词边界：\b
匹配一个非单词边界：\B
匹配一个特定数量的前面的字符：{n}、{n,m} 等
捕获匹配到的字符：()
匹配重复的字符：\1、\2 等

表达式递归求值

通过对下列框架进行增加实现 + - * / == != &&

uint64_t eval(uint64_t p, uint64_t q) {
  if(p > q) Assert(0, "Bad expression");
  else if(p == q) {
    if(Tokens[p].type == TK_Num || Tokens[p].type == TK_RNum || Tokens[p].type == TK_HNum) return strtoul(Tokens[p].str, NULL, 10);
    else Assert(0, "This char is not Number!");} 
  else if(check_parentheses(p, q) == true) return eval(p + 1, q - 1);
  else {
  uint64_t op =  c_main(p, q);
  if(Tokens[op].type == TK_Neg) return -1*eval(op+1,q);
  else if(Tokens[op].type == TK_Point) {uint64_t num = paddr_read(eval(op + 1,q), sizeof(uint32_t)); return num;}
  uint64_t val1 = eval(p, op - 1);
  uint64_t val2 = eval(op + 1, q);
  switch (Tokens[op].type) {
    case TK_Plus : return val1 + val2; break;
    case TK_Sub : return val1 - val2; break;
    case TK_Mul : return val1 * val2; break;
    case TK_Div : Assert(val2 != 0, "The dividend cannot be 0!"); return val1 / val2; break;
    case TK_EQ : return val1 == val2; break;
    case TK_NEQ : return val1 != val2; break;
    case TK_AND : return val1 && val2; break;
    default: Assert(0, "eval(p ,q) Operation is Error!"); break;
    }
  } 
}

括号的判断

通过一个标志位从左到右，如果遇到)就-1，(就+1，如果
存在小于0，或者不等于0，该表达式非法，利用特殊判断区分()() 与 （（）（））

bool check_parentheses(uint64_t a, uint64_t b) {
  if(strcmp(Tokens[a].str, "(") != 0 || strcmp(Tokens[b].str, ")") != 0) return false;
  int flag = 0;
  uint64_t i;
  for(i = a; i <= b; i++){  // 
    if(strcmp(Tokens[i].str, "(") == 0) ++flag;
    if(strcmp(Tokens[i].str, ")") == 0) --flag;
    if(flag<0) return false;
    if(flag == 0 && i != b) return false;
  }
  if(flag != 0) return false;
  return true;
}

实现带有负数的算术表达式的求值 (选做)

可以看文章中监视点有提示，先通过对指定类型进行判断，然后进行特殊处理，注意表达式的优先级。
负号是个单目运算符, 分裂的时候需要注意什么?
需要只分裂一边！

如何测试你的代码

关键思路，利用gen进行字符串的读入，其他的如gen_num以及gen_rand_op都调用gen，需要设置最后一个输入的标志位

void gen(char c) {
  if (buf_end_pos <  Buf_size - 1) {
    buf[buf_end_pos] = c;
    ++buf_end_pos;
    buf[buf_end_pos] = '\0';
  } else {
    printf("gen Error");
  }
}

监视点

需要创建.h文件存结构体以及函数声明，随后进行调用主要考察链表的使用。

WP* new_wp() { 
  if(free_ == NULL) {
    Assert(0,"No_free_wp");
  }
  //取出空闲节点
  WP* new = free_;
  free_ = free_-> next;
  //将节点放在head上去
  new -> next = head;
  head = new;
  return new;
}