CSAPP_Lab1完成过程

文章目录

  • 第一章实验基本信息
    • 1.1 目的
    • 1.2 实验环境与工具
      • 1.2.1 硬件环境
      • 1.2.2 软件环境
      • 1.2.3 开发工具
        • Windows 应用下载
        • Ubuntu 应用下载
    • 1.3 实验预习
  • 第二章 实验环境建立
    • 2.1 Windows下 hello程序的编辑与运行
    • 2.2 Ubuntu下 程序的编辑与运行
  • 第三章 Windows 软硬件系统观察分析
    • 3.1 查看计算机基本信息
    • 3.2 设备管理器查看
    • 3.3 隐藏分区与虚拟内存之分页文件查看
    • 3.4 任务管理与资源监视
    • 3.5 CPUZ下的计算机硬件详细信息
  • 第4章 Linux软硬件系统观察分析(泰山服务器)
    • 4.0连接泰山服务器
      • 如何提交代码到泰山服务器呢
      • Linux 中的一些设备查看命令
    • 4.1 计算机硬件详细信息
      • (1)Linux查看cpu信息
      • (2)Linux查看memory信息
    • 4.2 任务管理与资源监视
    • 4.3 磁盘任务管理与资源监视
    • 4.4 Linux下网络系统信息
  • 第5章 Linux下的showbyte程序
    • 5.1 源程序提交
    • 5.2 关于编码格式
  • 第6章 程序的生成 Cpp、Gcc、As、ld
    • 6.1 请提交每步生成的文件
  • 第7章 计算机数据类型的本质
    • 7.1 运行sizeof.c填表
  • 第8章 程序运行分析
    • 8.1 sum的分析
      • 1. 运行结果与原因分析
      • 2. 论述改进方法
    • 8.2 float的分析
      • 1. 运行结果与原因分析
      • 2. 论述编程中浮点数比较、汇总统计等应如何正确编程。
    • 8.3 利用Fibonacci求黄金比例程序优化

本文中首先给出自己的答案,然后给出一些操作细节或补充知识

第一章实验基本信息

1.1 目的

1.2 实验环境与工具

1.2.1 硬件环境

X64 CPU;2.60GHz;16G RAM;512G HD Disk

HD为Hard Disk 硬盘的缩写

如何查看本机硬件设备:

1、鼠标点击桌面左下角开始按钮,找到运行,输入dxdiag,进入DirectX诊断工具界面。
这时我们可以查看系统、显示以及声音的.硬件配置情况。

2、 除此之外,我们还可以右键点击计算机,选择管理。
然后在左侧点击设备管理器,右侧窗口就会显示本机的硬件配置情况。

3、 打开 Windows 的命令行 cmd 程序
输入 diskpart,启动磁盘 diskpart 工具
在 diskpart 磁盘工具中依次输入命令

list disk
select disk 0 # 根据实际情况选择不同磁盘编号
detail disk

使用完毕后,输入如下命令推出 diskpart 磁盘工具

exit

CSAPP_Lab1完成过程_第1张图片
CSAPP_Lab1完成过程_第2张图片
此时我们就能看到各种参数,选择需要的即可

1.2.2 软件环境

Windows10 64位; Vmware 15;Ubuntu 20.04 LTS 64位;

优麒麟是中国国产操作系统Ubuntu Kylin的Ubuntu Kylin 14.04 LTS版本。正式发布并确定中文名为“优麒麟”。

1.2.3 开发工具

Visual Studio 2019 64位;CodeBlocks 64位;vi/vim/gedit+gcc

Windows 应用下载

WindowsCode Blocks下载教程

Ubuntu 应用下载

Ubuntu Code Blocks 下载:

sudo apt install codeblocks

了解Ubuntu PPA

LINUX常用编辑器:(Vim,Emacs,gedit,gcc,g++)
编译器配置参见

Ubuntu VScode 不能运行 C/C++ 代码解决办法:
将代码所在文件夹在 VScode 打开,即可运行(类似打开一个工程)

1.3 实验预习

上实验课前,认真预习了实验指导PPT
了解实验的目的、实验环境与软硬件工具、实验操作步骤,复习与实验有关的理论知识。
初步使用计算机管理、设备管理器、磁盘管理器、任务管理器、资源监视器、性能监视器、系统信息、系统配置、组件服务查看计算机的软硬件信息。
在Windows、Linux下分别编写 hello.c,显示“Hello 5201314-菜菜”(可换成学生自己信息)
试着编写了 showbyte.c 显示hello.c的内容:如书P2页,每行16个字符,上一行为字符,下一行为其对应的10进制形式。
试着编写了sizeof.c打印输出C语言每一个数据类型(含指针)占用空间,并在Windows、Linux的32/64模式分别运行,并比较运行结果。

第二章 实验环境建立

2.1 Windows下 hello程序的编辑与运行

easy

2.2 Ubuntu下 程序的编辑与运行

在 ubuntu 中创建并运行 C 语言文件

// 创建

touch love.c

// 用 vim 或者 gedit (有GUI界面,小白推荐)编写代码

vim love.c
// 或
gedit love.c
# include 
int main(){
	printf("I love you, but\n");
	return 0;
}

// 运行 C 文件

gcc love.c

// 此时当前文件夹下产生了一个 a.out 文件,直接运行即可

./a.out

第三章 Windows 软硬件系统观察分析

3.1 查看计算机基本信息

运行Windows管理工具中的“系统信息”程序,查看CPU、物理内存、系统目录、启动设备、页面文件等信息

3.2 设备管理器查看

3.3 隐藏分区与虚拟内存之分页文件查看

在Windows运行中搜索磁盘管理器,在磁盘管理器中能看到的,没有在计算机里显示的磁盘分区为隐藏分区,例如C盘显示了,它不是隐藏分区
在磁盘管理其中没有磁盘名为空的盘为隐藏分区
查看方法1
查看所有分区的方法

关于pagefile.sys

查看pagefile.sys大小

在桌面鼠标右击“我的电脑”–“属性”–“高级”“性能”“设置”“高级”“虚拟内存”

3.4 任务管理与资源监视

PID(进程控制符)英文全称为Process Identifier,它也属于电工电子类技术术语。
PID就是各进程的身份标识,程序一运行系统就会自动分配给进程一个独一无二的PID。进程中止后PID被系统回收,可能会被继续分配给新运行的程序。
PID一列代表了各进程的进程ID,也就是说,PID就是各进程的身份标识。

任务管理器中即可查看

3.5 CPUZ下的计算机硬件详细信息

方法一: 运行任务管理器
CSAPP_Lab1完成过程_第3张图片

方法二:下载CPUZ查看即可
CPUZ的部分说明

第4章 Linux软硬件系统观察分析(泰山服务器)

4.0连接泰山服务器

< > 不可或缺,但是不用输入<>
[ ] 可有可无

打开Xshell7
CSAPP_Lab1完成过程_第4张图片
连接服务器

ssh <用户名>@ddns.hitsplab1.xyz 22210

输入密码连接即可

如何提交代码到泰山服务器呢

上传文件

scp -P 22210 文件所在地址 用户名@ddns.hitsplab1.xyz:~/文件目录(LAB1)

// 或者为了方便,在需要提交的文件所在的文件夹,打开终端
scp -P 22210 需要提交的文件名称 用户名@ddns.hitsplab1.xyz:~/文件目录(LAB1)

下载文件

scp -P 22210 用户名@ddns.hitsplab1.xyz:/文件全名   d:/本地目录名

例子

scp -P 22210 stu_7203610000@ddns.hitsplab1.xyz:~/LAB1/LAB1.zip e:/CSAPP/

Linux 中的一些设备查看命令

参考命令

4.1 计算机硬件详细信息

(1)Linux查看cpu信息

cat /proc/cpuinfo

查看cpu型号

cat /proc/cpuinfo | grep name | cut -f2 -d: | uniq -c

查看物理cpu个数

cat /proc/cpuinfo | grep "physical id" | sort | uniq | wc -l

查看每个CPU中core(核)的个数

cat /proc/cpuinfo | grep "cpu cores" | uniq

查看逻辑CPU个数

cat /proc/cpuinfo | grep "processor" | wc -l

(2)Linux查看memory信息

运行指令参考
查看内存信息

cat /proc/meminfo

以MB为单位查看

free -m

以GB为单位查看

free -h

4.2 任务管理与资源监视

查看进程PID

ps laf

4.3 磁盘任务管理与资源监视

Ubuntu磁盘查看命令

linux下查看磁盘分区的文件系统格式

查看系统磁盘空间

df

带单位(如GB,MB等)的系统磁盘空间查看

df -h

sda表示的是你的第一块sata硬盘,sda1表示的是你的第一块sata硬盘的第一个分区。
/dev/sda是指接在SATA、SCSI第一个接口上的硬盘。

查看dev/sda 的类型,扇区等信息

sudo fdisk -l 
// 可以显示出所有挂载和未挂载的分区,但不显示文件系统类型
df -T 
// 只可以查看已经挂载的分区和文件系统类型。

4.4 Linux下网络系统信息

查看mac地址的方法或 ifconfig 中各参数对应的意义

ifconfig命令查看网卡MAC地址

有些Linux发行版本的MAC地址字段为HWaddr,有些Linux发行版本的MAC地址字段为ether。根据实际情况选择命令。

ether 或 HWaddr 对应mac地址
inet 对应 IPv4
inet6 对应 IPv6

/sbin/ifconfig | grep HWaddr

//或

/sbin/ifconfig | grep ether

第5章 Linux下的showbyte程序

5.1 源程序提交

# include 
# include 
# include  

int main() {
	FILE *pf = NULL; // 文件指针
	 
	int file_len = 0;
	char *buf;
	pf = fopen("hello1.c", "r"); // 以只读的方式打开文件
	if (pf == NULL) {
		return 0;
	}
	else {
		// 获取文件长度
		fseek(pf, 0, SEEK_END);	// 文件指针移到末尾
		file_len = ftell(pf);	// 获得文件当前指针位置,即为文件长度
		rewind(pf);		// 将文件指针移到开头,准备读取 字符串
		
		buf = malloc(file_len+1);	// 新建缓冲区,存储读出的数据
		// 将缓冲区初始化为0
		for(int i = 0; i < file_len+1; i++)
			buf[i] = 0;
//		fread(buf, file_len, 1, pf);	// 读取文件
		int k = fread(buf, 1, file_len, pf);
		printf("%d\n", k);
		fclose(pf);		// 关闭文件 
	}
	printf("%d\n", file_len);
	int len = strlen(buf);
	printf("%d\n", len);
	
	// 打印结果 
	int flag = 0;	// 0代表字母行,1代表数字行 
	int end = 0;
	for(int i = 0; i < len; i++) {
		if(i % 16 == 0 && i != 0 && end == 0) {		// 一行显示16个 
			printf("\n");
			if(flag == 0) i -= 16;
			flag = !flag;
		}
		if (!flag) {	// 0 状态打印字母 
			if(buf[i] == ' ') printf("SP\t");
			else if(buf[i] == '\n') printf("\\n\t");
			else if(buf[i] == '\t') printf("\\t\t");
			else printf("%c\t", buf[i]);
		}
		else {			// 1 状态打印字母对应的ASCII码 
			if(buf[i] == ' ') printf("%d\t", ' ');
			else if(buf[i] == '\n') printf("%d\t", '\n');
			else if(buf[i] == '\t') printf("%d\t", '\t');
			else printf("%d\t", buf[i]);
		}
		if(i + 1 == len && !end) {	// 最后一行特殊处理 
			printf("\n");
			i -= (len % 16);
			flag = !flag;
			end = 1;
		}
	}
	free(buf);
	return 0;
}

CSAPP_Lab1完成过程_第5张图片
吐槽一下,这虚拟机有BUG,终端框稍微缩放一下,一行就没了,¥#%#(这合理吗)
CSAPP_Lab1完成过程_第6张图片

5.2 关于编码格式

本来写的代码一显示中文就乱码,想糊弄过去,但是!!!
在漂亮小姐姐的追问下,我当然得努力一下,于是乎了解了一下各种编码方式,以下是对ANSI、Unicode和UTF-8的理解

ANSI 只能标识英文字符,每个字符使用一个字节(8位)
Unicode 可以适用于所有语言,但是每个字符都要使用两个字节(16位)占用空间大
UTF-8 对于英文使用一个字节存储,对于中文使用三个字节存储
参考文章,为了避免链接失效,我就扒下来了,详情如下

UNICODE是万能编码,包含了所有符号的编码,它规定了所有符号在计算机底层的二进制的表示顺序。有关Unicode为什么会出现就不叙述了,Unicode是针对所有计算机的使用者定义一套统一的编码规范,这样计算机使用者就避免了编码转换的问题。Unicode定义了所有符号的二进制形式,也就是符号如何在计算机内部存储的,而且每个符号规定都必须使用两个字节来表示,也就是用16位二进制去代表一个符号,这样就导致了一个问题,英文编码的空间浪费,因为在ANSI中的符号都是一个字节来表示的,而使用了UNICODE编码就白白浪费了一个字节。也就代表着Unicode需要使用两倍的空间去存储相应的ANSI编码下的符号。虽然现在硬盘或者内存都很廉价,但是在网络传输中,这个问题就凸显出来了,你可以这样想想,本来1M的带宽在ANSI下可以代表10241024个字符,但是在Unicode下却只能代表10241024/2个字符。也就是1MB/s的带宽只能等价于512KB/s,这个很可怕啊。

所以为了解决符号在网络中传输的浪费问题,就出现了UTF-8编码,Unicode transfer format -8 ,后面的8代表是以8位二进制为单位来传输符号的,但是这样又导致了一个问题,虽然UTF-8可以使用一个字节来表示ANSI下的符号,但是对于其它类似汉语的符号,得需要两个字节来表示,所以计算机不知道如何去截取一个符号,也就是一个符号对应的二进制的截取开始位置和截取结束位置。所以为了解决Unicode下的ANSI符号的空间浪费和网络传输下如何截取字符的问题,UTF规定:如果一个符号只占一个字节,那么这个8位字节的第一位就为0。如果为两个字节,那么规定第一个字节的前两位都为1,然后第一个字节的第三位为0,第二个字节的前两位为10,然后如果是三个字节的话,那么第一个字节的前三位为111,第四位为0,剩余的两个字节的前两位都为10。按照这样的算法去思考一个中文字符的UTF-8是怎么表示的:一个中文字符需要两个字节来表示,两个字节一共是16位,那么UTF-8下,两个字节是不够的,因为两个字节下,第一个字节已经占据了三位:110,然后剩余的一个字节占据了两位:10,现在就只剩下11位,与Unicode下的两个字节,16位去表示任意一个字符是相悖的。所以就使用三个字节去表示非ANSI字符:三个字节下,一共是24位,第一个字节头四位是:1110,后两个字节的前两位都是:10,那么24位-8位=16位,刚好两个字节去表示Unicode下的任意一个非ANSI字符。这也就是为什么UTF-8需要使用三个字节去表示一个非ANSI字符的原因了!

大佬举例细讲
CSAPP_Lab1完成过程_第7张图片

注意默认情况下Windows的编码方式不是UTF-8,读取的时候应该一次读取两个字节
附上CodeBlocks的编码方式配置

文件编码:
setting -> editor ->general setting ->encoding settings此处默认Windows-936即gbk
 
编译编码:
setting -> compiler -> global compiler settings -> other compiler options在框中输入:
    -finput-charset=GBK
    -fexec-charset=GBK

Dev只能编译各种ANSI格式的文件,所以外面导入的文件总是乱码,没有很好的解决方法,只能通过文本保存的方式申明其编码方式操作参考

华为的服务器数据溢出让我裂开 ,调了好久,呜呜呜
处理后可以输出中文及其十进制数的代码如下

# include 
# include 
# include  

int main() {
	FILE *pf = NULL; // 文件指针
	
	int file_len = 0;
	unsigned char *buf;
	pf = fopen("hello.c", "r"); // 以只读的方式打开文件
	if (pf == NULL) {
		return 0;
	} 
	else {
		// 获取文件长度
		fseek(pf, 0, SEEK_END);	// 文件指针移到末尾
		file_len = ftell(pf);	// 获得文件当前指针位置,即为文件长度
		rewind(pf);		// 将文件指针移到开头,准备读取 字符串
		
		buf = malloc(file_len+1);	// 新建缓冲区,存储读出的数据
		// 将缓冲区初始化为0
		for(int i = 0; i < file_len+1; i++)
			buf[i] = 0;
		
		fread(buf, file_len, 1, pf);	// 读取文件
		fclose(pf);		// 关闭文件 
	}
	int len = strlen(buf);

	// 打印结果 
	int char_len = 0;
	int num[20];	// 存每行对应的ASCII码
	for(int i = 0; i < len; i++) {

		if(buf[i] == ' ') printf("SP\t"), num[char_len] = buf[i];
		else if(buf[i] >= 128) {
			printf("%c%c%c\t", buf[i], buf[i+1], buf[i+2]);
			// utf-8 	1个汉字==3个字节
			//int k = ((buf[i]&(0b00001111))<<12) + ((buf[i+1]&(0b00111111)<<6)) + (buf[i+2]&(0b00111111));
			int b1 = buf[i]&(0b00001111);
			int b2 = buf[i+1]&(0b00111111);
			int b3 = buf[i+2]&(0b00111111);
			num[char_len] = (b1<<12) + (b2<<6) + b3;
			//printf("*%d*\n", num[])
			
			i += 2;
		}
		else if(buf[i] == '\r') printf("\\r\t"), num[char_len] = buf[i];
		else if(buf[i] == '\n') printf("\\n\t"), num[char_len] = buf[i];
		else if(buf[i] == '\t') printf("\\t\t"), num[char_len] = buf[i];
		else printf("%c\t", buf[i]), num[char_len] = buf[i];
		char_len++;
		
		
		if(char_len % 16 == 0) {		// 一行显示16个 
			
			printf("\n");
			for(int j = 0; j < char_len; j++) printf("%d\t", num[j]);
			printf("\n");
			char_len = 0;
		}
		if(i + 1== len) {
			printf("\n");
			for(int j = 0; j < char_len; j++) printf("%d\t", num[j]);
			break;
		}
		
	}
	printf("\n");
	free(buf);
	return 0;
}

注意读取字符的时候,在CRLF格式下,回车是 \r\n
不读 \r 的话会会出现奇怪的换行现象,因为光标会跳转到行首
\r 会让光标到行行首
CSAPP_Lab1完成过程_第8张图片

第6章 程序的生成 Cpp、Gcc、As、ld

6.1 请提交每步生成的文件

生成 hello.i 文件

gcc -E hello.c -o hello.i
// 或
cpp hello.c > hello.i

生成 hello.s 文件

gcc -S hello.c -o hello.s
// 或
cc1 hello.i -o hello.s
// cc1 很可能不在path中,用一下代码
/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8/cc1 hello.i -o hello.s

生成 hello.o 文件

gcc -c hello.s -o hello.o
// 或
as hello.s -o hello.o

生成 hello.out文件

gcc hello.o -o hello.out
// 或
ld hello.o -lc -o hello.out
// ld 使用可能会出错

看文本文件的内容 File 文件名 看文件类型等,有一下多种方式

nano hello.c
more hello.c
cat hello.c
gedit hello.c

第7章 计算机数据类型的本质

7.1 运行sizeof.c填表

Windows中用VS可以轻易切换 X86/X64
Linux中

// 32位
gcc hello.c -m32
// 64位
gcc hello.c -m64

如果报错了
CSAPP_Lab1完成过程_第9张图片
错误原因是:

系统中的gcc没有安装multilib 库;使用这个库可以在64位的机器上产生32位的程序
运行一下命令安装即可

sudo apt-get install gcc-multilib
sudo apt-get install g++-multilib

注意:sizeof()返回值为无符号整型
printf("%u", sizeof(int)); // M32
printf("%lu", sizeof(int)); // M64

第8章 程序运行分析

8.1 sum的分析

1. 运行结果与原因分析

CSAPP_Lab1完成过程_第10张图片

运行结果:异常退出。
原因分析:无符号数 (len)0-1 = 4294967295;造成数组访问越界,程序异常结束。

在这里插入图片描述

设置访问限制,防止下标越界
运行结果:则输出整个数组所有数字之和。
原因分析:无符号数 (len)0-1 = 4294967295;程序访问了整个数组空间

2. 论述改进方法

方法一:把 i <= len – 1; 改为 i < len;
方法二:unsigned len 改为 int len

8.2 float的分析

大家都知道,在二进制世界中,浮点数是不精确的,因此直接用 < > == !=比较浮点数大小是很危险的,而且结果也是不确定的。

不考虑精度来比较浮点数大小是耍流氓。我之前的做法是基于精度对浮点数进行比较,比如,精度为2,如果 abs(a-b)<0.01,就说明 a==b。否则就是 a>b。

1. 运行结果与原因分析

CSAPP_Lab1完成过程_第11张图片
CSAPP_Lab1完成过程_第12张图片

产生原因分析:
第一组输入在表示为二进制时是无线循环的,而float只能表示到小数点后23位,所以要进行截断和舍入,被舍入为偶数。

第二组输入在表示为二进制时是有限的,所以表示为精确值不需要舍入,或者小数点6位之后的舍入值刚好是本身。

2. 论述编程中浮点数比较、汇总统计等应如何正确编程。

浮点数的表示是近似值,所以要尽量避免利用浮点数进行比较。
最好使用浮点数插值加精度限制来比较大小,例如
(a - b) < 1e-6

8.3 利用Fibonacci求黄金比例程序优化

CSAPP_Lab1完成过程_第13张图片

也可以将求Fibonacci的整型数改为double类型,由于浮点数的存储机制,默认去掉低位无法存储的数据,产生的结果接近真实值 0.618

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