CSAPP lab1 Data Lab

CSAPP lab1-Data Lab

前言：

本系列文章用于记录开始学习csapp的过程，奈何感觉自己基础实在太渣渣，系统好好学习一下这本神书以及其对应的lab

lab

这一张的lab是真的干，好几道题卡的我脑壳都卡秃噜了，好歹终于凭借着面向用例编程完成了这一张的lab

Btest tests your code for correctness by running millions of test
cases on each function.  It tests wide swaths around well known corner
cases such as Tmin and zero for integer puzzles, and zero, inf, and
the boundary between denormalized and normalized numbers for floating
point puzzles. When btest detects an error in one of your functions,
it prints out the test that failed, the incorrect result, and the
expected result, and then terminates the testing for that function.

很多很多测试用例哦，再也不用担心绞尽脑子想测试用例拉

简介

本实验分为俩部分，第一部分是对整数操作，第二部分是对浮点数操作。

通过可以使用的运算符来实现出要求的操作即可，并且通过./dlc -e bits.c 来检测自己是否使用非法操作

完成后可通过./btest 查看自己分数，以及对应是哪个测试用例错误

题目

bitXor

只使用 & 和 ~ 实现 ^ 上手题还是很轻松的啦

int bitXor(int x, int y) {
    int t1 = x & y;
    int t2 = ~x & ~y;
    return ~t1 & ~t2;
}

tmin

按照定义给出最小值就可以了，0x80000000

int tmin(void) {
  return 1 << 31;
}

isTmax

我这里用的是如果是最大值那么*2 +就是0xFFFFFFFE(最后一位是0其他全1)，然后+2就是0了然后取反是1，同时看看x不是-2就行了

int isTmax(int x) {
    int p = x + 2 + x ;
    return !p & (!!(x + 1));
}

allOddBits

如果所有奇数位设置为1，则返回1. 这个我直接就是用一个奇数位全1的去和x进行与操作，如果是正确的话，那么e2取反也就是偶数位全1，在和他们与的结果取或结果一定是-1，反之其他的都不对。上述很多思路就是根据唯一满足的找特定关系，那么其他就几乎是不满足的。

int allOddBits(int x) {
    int e = (0xAA << 8) + 0xAA;
    int e2 = (e << 16) + e;
    int p = e2 & x;
    return !((~e2 | p) + 1);
}

negate

这个直接按照定义就可以，取反+1

int negate(int x) {
  return ~x + 1;
}

isAsciiDigit

这个是判断一个数是否在一个区间里。

我的方法就是把公式变换一下，譬如 [x <= 0x39 ]-> [ x - 0x39 <= 0 ] -> [x - 0x39 - 1] < 0

因为减法可以模拟，然后和0比较的值又可以用符号位判断

int isAsciiDigit(int x) {
    int p1 = 0x30;
    int d1 = ~p1 + 1;

    int p2 = 0x39 + 1;
    int d2 = ~p2  + 1;

    int e1 = !((x + d1) >> 31);
    int e2 = (x + d2) >> 31;
    return e1 & e2;
}

conditional

实现一个 x ? y : z 运算

我直接就将x 变成要么全1要么全0，然后都与完+在一起了

int conditional(int x, int y, int z) {
    int e = !!x;
    int e2 = (e << 31) >> 31;
    int e3 = ~e2;
    return (e2 & y) + (e3 & z);
}

isLessOrEqual

判断x <= y

用分类思想，然后找特殊关系就可以。反正也只有4中情况 【正，正】 【负，负】，【正，负】，【负，正】

后面俩种情况直接就能得出结果，然后讨论前面的就行，也不用考虑溢出了

int isLessOrEqual(int x, int y) {
    int f1 = x >> 31 & 1;
    int f2 = y >> 31 & 1;
    int e = ~(y) + 1;
    int e3 = x + e;
    int e4 = e3 >> 31 & 1;
    int e1 = (f1 ^ 0) & (f2 ^ 1);
    int e2 = !((f1 ^ 1) & (f2 ^ 0));
    return e2 & (e1 | e4 | !(x ^ y));
}

logicalNeg

这个是取逻辑非，从这里开始就我就卡起来了（当时没搞明白定义）。

思想还是从特殊的数出手，只有0能返回1，其他就都是0了

int logicalNeg(int x) {
    int e1 = ((x) >> 31) ^ 1;
    int e2 = (x + ~0) >> 31;
    return e1 & e2 & 1;
}

howManyBits

这个上来就是个王炸，想着怎么也不能这么写吧，想半天不会其他的只能模拟了。

目的是找到最低用多少位就能表示这个数，其实就是从左到又找到第一个与左边不一样的数字，他的位置就是那个返回数（这个变变形状，负数正数就统一了）

所以最后的问题就变成，找最左边第一个出现的1的位置

然后我就想了好久啊~，最终被迫使出我的二分大法（伪二分，一开始凭感觉写的，最后优化了一下发现超就没改了）

基本上就是分段，然后求最左边第一个出现1的段，其他的段就扔了

思路很简单，用这些操作符真是嘎嘎写

int howManyBits(int x) { // pretend bisection(binary) find
    int e1 = ~(x >> 31);
    int e2 = (~(x ^ e1));
    int x1 = e2;
    // example : 00001000 00000000   // two byte
    int d1 = x1 & 0xFF;//0+
    int x2 = x1 >> 8;
    int d2 = x2 & 0xFF;//8+
    int x3 = x2 >> 8;
    int d3 = x3 & 0xFF;//16+
    int x4 = x3 >> 8;
    int d4 = x4 & 0xFF; // 24+

    int d4f = ((!!d4 << 31) >>31);
    int p10 = d4f & 24;
    int p11 = p10 + ((!p10 << 31) >> 31 & ((!d3 << 4) ^ 16 ));
    int p12 = p11 + ((!p11 << 31) >> 31 & ((!d2 << 3) ^ 8 ));
    int p1 = p12;
    //p1 = (!p1 << 31) >> 31 & ((!!d1 << 31) >> 31 ) & 0;

    // get have 1 byte that high 8 bite
    int b1 = d4f & d4;
    int b2 = (((!b1 << 31) >> 31) & d3) | b1;
    int b3 = (((!b2 << 31) >> 31) & d2) | b2;
    int b4 = (((!b3 << 31) >> 31) & d1) | b3;
    int b = b4;

    int d5 = b & 0xF; //0+
    int bb = b >> 4;
    int d6 = bb & 0xF;//4+

    int d6f = ((!!d6 << 31) >>31);
    int p2 = d6f &  4;
    //p2 = (!p2 << 31) >> 31 & (!!d1 << 31) >> 31 & 0

    int b5 = d6f & d6;
    int b6 = (((!b5 << 31) >> 31) & d5) | b5;

    int p30 = (b6 >> 1) & 4;
    int p31 = p30 + ((!p30 << 31) >> 31 & (((b6 & 4) << 29) >> 31) & 3);
    int p32 = p31 + ((!p31 << 31) >> 31 & b6 & 2);
    int p33 = p32 + ((!p32 << 31) >> 31 & b6 & 1);
    int p3 = p33;

    return p1 + p2 + p3 + 1;
}

floatScale2

经过上面的洗礼，下面这个稍稍简单一点点。

搞清楚规格书和非规格数的表示形式就行了

unsigned floatScale2(unsigned uf) {
    // 32 bite 0 0000000 0 0000000 00000000 00000000
    int dw = (uf & 0x7FFFFF) << 1;
    int j = uf & 0x7F800000;
    int jj = 0x800000;
    int f = uf & 0x80000000;
    if(!((j ^ 0x7F800000) << 1)){ // +- INF
        return uf;
    }
    if( !j && !!(dw & 0x800000) ){ // exponent is zero that represent 非规格化
        j += jj;
        dw &= 0x7FFFFFFF;
    } else if(j){
        j += jj;
        dw >>= 1;
    }
    return f | dw | j;
}

floatFloat2Int

这个就是float转int，搞清楚边界情况（书上都有），用if else秒了他，这if else一解封，上面浮点数格式搞清楚，洒洒水啦~

int floatFloat2Int(unsigned uf) {
    int w = (uf & 0x7FFFFF )| 0x800000;
    int j = (uf & 0x7F800000) >> 23;
    int f = uf & 0x80000000;
    int p = j - 126;
    int y = p - 24;
    if(!j || (p & 0x80000000)){// 非规格化，且为0 或者是太小的数
        return 0;
    }
    if(((p - 31) >> 31) == 0){ // out range
        return 0x80000000u;
    }
    if(y < 0){//more than real result ,so require >>
        int ret = w >> -y;
        if(f){
            return -ret;
        }
        return ret;
    }
    //normal operation
    return (w << y) | f;
}

floatPower2

这个嘛~，自行理解了，更简单了

unsigned floatPower2(int x) {
    if(x <= -127){
        return 0;
    }
    if(x >= 128){
        return 0x7f800000;
    }
    return (x + 127) << 23;
}

总结

写完啦，这俩天脑袋全是二进制数了，倒是对我的算法上使用这些位操作更熟练了，也同时理解了之前没学到位的浮点数。

日常写完去看看别人怎么写的，一看，撕~，我擦看不懂，全是符号巴拉巴拉的，遂放弃，写此篇。

过俩天学完下一章就开始下一个lab咯