C puzzles详解【9-12题】
第九题
#include <stdio.h> int main() { float f=0.0f; int i; for(i=0;i<10;i++) f = f + 0.1f; if(f == 1.0f) printf("f is 1.0 \n"); else printf("f is NOT 1.0\n"); return 0; }
知识点讲解：
- 浮点寄存器
浮点寄存器是FPU的组成部分。硬件架构不同，浮点寄存器的个数和位数也不同。X86架构的浮点寄存器有:
1）8个80位的数据寄存器：FPR0~FPR7，数据寄存器的位数决定着计算机的计算精度，位数越多，计算精度越高；
2）3个16位寄存器：1个标记寄存器，1个控制寄存器，1个状态寄存器；
3）2个48位寄存器：1个指令指针，1个数据指针。
FPU对浮点寄存器的操作有自己的一套指令，对于数据寄存器，不能直接使用这8个寄存器的名字，这8个数据寄存器被设计成首尾相连的堆栈，st(0)指向FPRx的栈顶。
- 浮点数在寄存器中的二进制表示
参考文章：
http://www.ruanyifeng.com/blog/2010/06/ieee_floating-point_representation.html
http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_754
http://en.wikipedia.org/wiki/Floating_point
根据国际标准IEEE 754，任意一个二进制浮点数V可以表示成下面的形式：
V = (-1)S × M × 2E
关于S，M，E所占位数如下表所示：
| Type |
Total bits |
S |
E |
M |
Exponent bias |
Bits precision |
| Single |
32 |
1 |
8 |
23 |
127 |
24 |
| Double |
64 |
1 |
11 |
52 |
1023 |
53 |
| Double extended |
80 |
1 |
15 |
64 |
16383 |
64 |
M：1≤M≤2，即M总是可以表示成1.xxx的形式，由于M第一位总是1，在寄存器内表示M时，第一位的1被舍去，只保存小数部分，所以节省了1位有效数字。以32位浮点数为例，M占23位，但有效数字的位数为24。
E：存放E时，需要将E加上一个固定值，对于32位浮点数，固定值为127，对于64位浮点数，固定值为1023。更多关于E的讲解见第一个参考链接。
举例：
float x = 0.15625;
0.15625用二进制表示为0.00101
S=0, E=-3, M=1.01
寄存器中存放E的部分应存放-3+127；
寄存器中存放M的部分应存放01
故0.15625在寄存器中的表示为：
0 01111100 01000000000000000000000
题目讲解：
浮点数在计算机中并不能精确表示，表示值与实际值有微小的误差，这种误差会随着加减法叠加。比较浮点数不可简单地用“>”“<”“==”“!=”来判断。
浮点数的比较方法可以参考
http://www.cygnus-software.com/papers/comparingfloats/comparingfloats.htm
第十题
#include <stdio.h> int main() { int a = 1,2; printf("a : %d\n",a); return 0; }
知识点讲解：
- 逗号表达式
逗号表达式的形式如下：
（表达式1，表达式2，表达式3，……，表达式n）
(1)逗号表达式的计算过程为从左往右逐个计算；
(2)逗号表达式作为一个整体，它的值为最后一个表达式的值；
(3)逗号运算符的优先级在所有运算符中最低。
题目讲解
由于逗号运算符的优先级最低，所以
int a = 1,2;
等同于
int (a = 1),2
故编译有误。
应改为：
int a = (1,2);
第十一题
#include <stdio.h> int main() { int i=43; printf("%d\n",printf("%d",printf("%d",i))); return 0; }
题目讲解：
printf的返回值为打印的字符数，man 3 printf中的描述如下：
Upon successful return, these functions return the number of characters printed (not including the trailing “\0”used to end output to strings).
故这段程序的输出为：4321
第十二题
void duff(register char *to, register char *from, register int count) { register int n=(count+7)/8; switch(count%8){ case 0: do{ *to++ = *from++; case 7: *to++ = *from++; case 6: *to++ = *from++; case 5: *to++ = *from++; case 4: *to++ = *from++; case 3: *to++ = *from++; case 2: *to++ = *from++; case 1: *to++ = *from++; }while( --n >0); } }
知识点讲解
- register关键字
通知编译器将register变量“尽可能”地放入寄存器当中，以提高对该变量的存取速度。普通变量放在内存中，其存取速度跟内存速度相当，register变量存放于寄存器当中，其存取速度和cpu速度相当。对于需要频繁循环访问的变量定义成register类型可提高程序运行效率。
- a++与++a的区别
a++：取a的地址，把它的值装入寄存器，然后增加内存中a的值；
++a：取a的地址，增加内存中a的值，把a的值装入寄存器。
- C语言运算符优先级
关于C语言运算优先级参考：
http://www.slyar.com/blog/c-operator-priority.html
对于*to++,*和++属于同级运算符，结合方向为从右到左，故*to++ == *(to++)，操作步骤有三:
1、取to的值到寄存器；
2、将to的值加1；
3、取步骤一的寄存器中的地址指向的值。
“*to++ = *from++;”的含义为从源地址处复制一个字节到目的地址处，并将原地址和目的地址分别向后移一个字节。
- Duff’s Device
关于达夫设备参考：
http://www.drdobbs.com/a-reusable-duff-device/184406208
达夫设备是串行复制的一种优化实现，通过减少循环次数来提高程序的执行效率。
当要把一段数据从源地址复制到目的地址时，你会用什么样的方法？
境界一：
void my_copy_1(register char *to, register char *from, register int count) { while(count-- > 0) { *to++ = *from++; } }
点评：这段代码简洁易懂，但执行效率却不高。每复制完一个字节后都要执行三个附加动作：1.跳转到循环开始处；2.改变count的值；3.将count值和0比较。这三个附加动作消耗的时间远远大于复制动作消耗的时间，代码有点头重脚轻了。
想一想如果你是cpu，每复制一个字节都让你检测一次是否超过count值，你一定觉得你的主人好烦。如果能让cpu顺溜地，没有阻碍地一直复制下去就好了……
境界二：
void my_copy_2(register char *to, register char *from, register int count) { register int n_block = count/8; register int n_left = count%8; while (n_block-- > 0) { *to++ = *from++; *to++ = *from++; *to++ = *from++; *to++ = *from++; *to++ = *from++; *to++ = *from++; *to++ = *from++; *to++ = *from++; } while (n_left-- > 0) { *to++ = *from; } }
点评：复制大段数据时，让cpu呆头呆脑地一直copy下去那是最快的，但是我们总得检查已经复制的数据量是否超过了设定值。一步一回头显然没有必要，N歩一回头还是可以考虑的。上段程序中把N设为了8，当然也可以根据实际需要设成其他的值。
上面程序中对“零碎数据”的处理仍是采用“一步一回头”的老方法，对于这段数据的处理，有没有更简洁的方法呢？
境界三：
void my_copy_3(register char *to, register char *from, register int count) { register int n_block = (count+7)/8; int n_left = count%8; switch (n_left) { case 0: do{*to++ = *from++; case 7: *to++ = *from++; case 6: *to++ = *from++; case 5: *to++ = *from++; case 4: *to++ = *from++; case 3: *to++ = *from++; case 2: *to++ = *from++; case 1: *to++ = *from++; } while(--n_block > 0); } }
点评：上述代码先处理零碎的数据，再处理块状的数据。利用switch语句，根据零碎数据量跳转到相应的case标号处，如果零碎数据量为7，那就一路往下执行7次赋值动作，为6就一路执行6次赋值动作，以此类推……这种方法执行比较操作的次数最少。上面这段串行复制的方法就叫做“达夫设备”。
当然我们也可以用宏来实现达夫设备，宏定义如下：
#define DUFF_DEVICE_8(aCount, aAction) \ do { \ int count_ = (aCount); \ int times_ = (count_ + 7) >> 3; \ switch (count_ & 7) \ { \ case 0: do{aAction; \ case 7: aAction; \ case 6: aAction; \ case 5: aAction; \ case 4: aAction; \ case 3: aAction; \ case 2: aAction; \ case 1: aAction; \ } while(--times_ > 0); \ } \ }while (0)
点评：num除以8和num对8取余有两种方法：一种是num/8，num%8；一种是num>>3，num&7。后一种方法高效一点。