CSAPP DataLab

断断续续做了两天可算做的差不多,,

注意不同版本的题目可能会有所不同,搜了很多他们的题目和现在官网给的实验题都不一样,自己独立思考完整做一遍顺便记录一下。

PS:刚开始这些难度为1的题有的说实话我都做了挺久的,不过到后面虽然难度上升了,但是确越做越有感觉了,另外完整做一遍感觉很有意思,这些题总体感觉就是让你自己把那些运算符< ,> ? 什么的自己使用位级运算手动实现一遍,知道底层是怎样运作的。

一,

bitXor: 

/* 
 * bitXor - x^y using only ~ and & 
 *   Example: bitXor(4, 5) = 1
 *   Legal ops: ~ &
 *   Max ops: 14
 *   Rating: 1
 */
int bitXor(int x, int y) {
  return 2;
}
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题目如图,

题目解释:使用~ & 完成 ^ 位运算,虽然难度很低,但是我也推导了半天,,

思路:异或可以理解为取出a,b之中不相同的位,& 就是取出为都为1的位,那么我们可以先取出同为1的,然后取反,就得到了同为0或者不相同的位,即 ~(a&b) ,接着,我们取出同为0的,取反,得到同为1或者不相同的位,即~(~a&~b), 接着,再取这两个的交集,就是我们所需要的不相同的位。即

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

tmin:返回补码整数的最小值,补码表示就是有个符号位,int类型shi是4个字节,32位,所以最小值就是1<<31  ,符号位为1,其他位都为0

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

  return 1<<31;

}

isTmax:如果是补码最大值就返回1,否则返回0,Tmax是  0x7FFFFFFF,

虽然还是一个简单题,但是我又想了很久,而且感觉这样子很麻烦。。

思路:核心是利用溢出。

理性分析了一下,想要返回0,1,那么肯定要用到 ! 运算符,一个常数的非是0,除了!0=1,所以,我们需要构造出来一个表达式,让x为Tmax时候值刚好为0,其他情况值都为1,这样子取非,就可以得到结果了。我这里想的是如果X是Tmax,那么~x就是Tmin,所以判断~x是不是Tmin,利用溢出来判断,给~x加上-1(~0),Tmin情况下会产生溢出,然后会进行符号截断,Tmin-1 = Tmax,再利用Tmax+Tmin+1 = 0得到我们想要的0,再取非即可。

int isTmax(int x) {
  return !((~x+~0) + ~x + 1);
}

四,

allOddBits:

 

 五,

negate:输入一个x,返回-x,

思路:第一眼看过去感觉很简单,实际上就是很简单,直接取反加一就行了,取反刚好就是自己的相反数-1,再加上一就可以了,不知道这个题为什么难度是2

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

 

 六,

isAsciiDigit:判断一个数是不是在 48-57,包括57,48.刚开始没什么思路,不过感觉肯定是要构建出来一个0或者1的在特定情况下,最后参考了一下网上的,说实话让我自己做肯定做不出来,感觉很巧妙

思路:这个题实际上就是为了判断两个表达式的真假,x-48>=0  和  x-57 <= 0 ,将这两个表达式转换一下, 用到了第五题的结论,-48=~48+1,-57=~57+1,判断>=0或者<=0,看符号位就可以了,符号位为1表示<0,符号位为0表示>=0,得到符号位自然是将这个32位数右移31位,

综上,我们得到下面结论,如果 (x+~48+1)>>31  为0,那么x>=48,如果 (x+~57+1)>>31  为1 ,那么x<57,然后取前者的非,和后者进行&运算,同时满足条件即说明x>=48,x<57。

很明显,漏掉了边界57,x=57时,x-57刚好为0,移位之后得到的是0,所以我们将第表达式二改为  (x+~58+1)   x为57时,结果仍为负数,符号位为1,将57这种情况成功纳入到符号位为1的情况, 

* 
 * 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
 */
int isAsciiDigit(int x) {
    return !((x + (~48 + 1)) >> 31)&((x + (~58 + 1)) >> 31);
}

conditional:即自己使用位级符号实现一个三目运算符

 这个题说实话没有看懂。。

八,

isLessOrEqual(x,y)  如果y>=x  返回1,否则返回0

这个题感觉思想和前面的很像,判断y-x>=0是否成立,即判断y-x的符号位,如果是0的话就表明成立,1表示不成立,因为符号位1表示为负数。这样子就简单了,-x = ~x+1  ,符号位>>31即可得到,所以可以构造出表达式:(y+~x+1)>>31    ,要求是成立了返回1,所以再取个非就可以了。

/* 
 * isLessOrEqual - if x <= y  then return 1, else return 0 
 *   Example: isLessOrEqual(4,5) = 1.
 *   Legal ops: ! ~ & ^ | + << >>
 *   Max ops: 24
 *   Rating: 3
 */
//即使用位级运算判断y-x>=0表达式是否成立,看符号位
int isLessOrEqual(int x, int y) {
  return !((y+(~x+1))>>31);
}

九,

logicalNeg:使用其他的位级运算符实现 ! 运算,

。。刚开始思路错了,想着直接 x^0^1,忘记考虑了x是32位的,和0异或出来一般不会是1

思路:两种情况,一种是! 0 = 1, 其他数  ! num = 0,所以其实只要想办法把这两种情况区分开来就可以了。个人感觉区分的话肯定是要找出0的特点的,很明显,0的相反数是它本身,其他数的相反数是他的负数。利用这一点,我们可以让x的相反数(~x+1)的符号位(>>31)和x进行异或,除了0以外结果都是1,由于不能取反,所以用if判断一下就可以了。

int logicalNeg(int x) {
    if((((~x+1)>>31)^(x>>31)))
        return 0;
  return 1;
}

十,

  howManyBits:返回表达x最少需要多少位

思路:感觉跟十进制转换为2进制差不多。我想的是我们确定位数那么就需要判断x的范围,如果在 2^(i-1)---2^i 之间,那么就需要i位刚好可以表示,不过由于是有符号整数,所以需要再加上一位符号位,就是i+1位,所以我们只需要将logx的值向上取整,再加上1即可,这是对整数而言,对于负数来说,将负数转换为正数进行计算,最后同样加上一即可,至于确定x的范围,循环除2(>>1),直到x为0为止。不过这里有两种特殊情况,那就是Tmin和-1,Tmin由于是一个负数,如果取他的相反数进行计算的话,不存在与之对应Tmax,会导致不可预期的结果,另外-1只需要一位即可表示,+1需要两位,这两种特殊情况我想的是直接if判断一下,返回相应的值,如果有更好的方法欢迎讨论。

int howManyBits(int x) {
    int i=1;     //符号位
    int y=x;
    if(x==-1)    //特殊情况
        return 1;
    if(x==0x80000000)
        return 32;
    if(x>>31)    //负数取相反数
        y = ~x+1;

    while(y){
        y = y>>1;   // 除2
        i++;
    }
  return i;
}

。。。剩下的浮点数的题,,,,浮点数那块看了几次都没看完,,等看完了再做吧!

  

 

 

 

 

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