2018q3 Homework1

contributed by < yichung279 >

tags: sysprog2018

主題

• bitwise operation
• 你所知道的 C 語言 (C基礎複習)
• 你所不知道的 C 語言:開發工具與規格標準
• 你所不知道的 C 語言:指標篇
• 你所不知道的 C 語言:函式呼叫篇

bitwise operation(及測驗第一題延伸)

• 簡介 : 逐個bit 作邏輯運算
• 應用 :
  bit & 0 : = 0
  bit | 1 : = 1
  bit ^ 1 : toggle
  跟相反的布林作運算時，bit皆不會改變
  配合0xff、0x80、shift、~　可取特定位置的bit(s)或快速改bit
• && / ||：
  邏輯運算，數值只有0與~0
• 測驗延伸：
  1.可配合卡諾圖，將真值表轉換為任何等價邏輯，並不只有xor可以轉換。
  2.nand/nor可以組合出所有邏輯運算子

你所知道的c語言(c基礎複習)

ref: https://openhome.cc/Gossip/CGossip/

Ubuntu 16.04.5 LTS / GCC 5.5編譯器(我的環境）下的data type

• 整數
  short: 2 bytes
  int : 4 bytes
  long : 8 bytes
• 浮點數
  float : 4 bytes
  double : 8 bytes
  long double : 16 bytes
• 字元
  char : 1 byte

這些規範不在規格書中，再 ieee754 及其他標準，這也保持了架構的靈活性。

指標

• & : 取址
• ＊ : 傳值
• 指標運算： 前進一個資料型態的記憶體長度
• 雙重指標： 就是指標的指標

沒有「雙重指標」這說法，請依據 C 語言規格書，只有 the pointer to the pointer

jserv

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int var = 10;
    int *ptr = &var ;
    // ptr為var的指標，型態為int，占4bytes
    // var位址0x7ffedd04e2d2
    // ptr == 0x7ffedd04e2d2
    ptr + 1; 
    // 0x7ffedd04e2d6
    ptr + 2;
    // 0x7ffedd042da
    int **pptr = &ptr;
    // pptr為ptr的指標，型態為int，占4bytes
    *pptr;
    // *ptr == ptr == 10的指標 == 0x7ffedd04e2d2
    **pptr;
    // **pptr == 10
    return 0;
}

善用 GDB，你可以直接傾印特定記憶體區間的內容，並用 macro 來客製化輸出

jserv

你不所知道的 c 語言：開發工具和規格標準

C 語言發展：

Ｃ是為了寫 Unix 而生的語言，而且可以自己編譯自己，先從從C 語言的子集合 C0 開始， C0 產生 C1 ，以此類推，一步步擴充規範。 C0 編譯器以組合語言開發。 見： bootstraping

C0 有的關鍵字：

break   goto  
void    int     double

ISO/IEC 9899:

直播中看到的疑問：

• Q: what is lvalue/rvalue?
• A: 這兩個名詞來自 = 兩邊的值，規格書中6.3.2.1：

  The name ‘‘lvalue’’ comes originally from the assignment expression E1 = E2,…

  ---

• Q:為什麼會印出s的位址不是Hellow world 的ascii?

​​char str[] = 'Hellow world'//string literal
​​printf(%x, str)

• A: 根據規格書6.5.2.1 Array subscripting，[] 是pointer to object type 的 postfix，如 pointer to int，而str其實是 an array object ( a pointer to the initial element of an array object )

我不太理解這裡的 E1 到底是什麼，翻來翻去結果是 pointer to element (所以可以做指標運算)又是 array type (所以 E1 是lvalue 時，不能做modifiable value)，導致 E1++ 不合法，但 E1+1合法。
所以 E1 是 pointer ，但是 array type 讓他行為不同嗎？而其他的pointer 會有 type嗎？（但pjchiou的共筆指 E1 不是指標，所以不能 E1++，有點困惑）

array subscripting 限制了可用的 operator，請回頭看規格書 6.5.2 並且對照 gcc 編譯錯誤訊息

6.5.2 第三點指出：[] 會把 E1 轉換成不能做lvalue的pointerYichung

提及他人共筆時，應該述及 ID 或其他識別資訊。

jserv

---

• Q：我不會解析這段:

  E1[E2] is identical to(*((E1)+(E2)))

• A:由於 E1 是 pointer ，所以這裡是的指標運算。
  &E1[12] = E1 + 12，指向一塊未初始化的記憶體。

---

• Q:以前計概的array在教/學什麼？
• A:不知道

gcc 及gdb:

compiler and debugger。

• gcc:
  gcc -o [執行檔名稱] [要編譯的檔案]
• gdb:
  ypChien的共筆 有精美的指令整理。

你不所知道的c語言：指標篇

• 頭腦體操：
  查閱運算子優先順序 後，可以輕鬆作答。
• function pointer:

int foo();

int main() {
    int (*funcptr)() = foo;
}

void * 之謎：

指標操作有相關的風險，例如：用 "指向比較小 object 的 pointer" 指向 比較大的 object ，而導致不如預期的行為。
因為透過 void* 無法直接被存取的特性，我們便能保護 object。
危險：

直接不給過：

另有優點：
stack overflow 的討論中，提及'void is nothing, void* is everything'，作為function parameter時，很有靈活性。

文字訊息不要用圖片來展現，一來很難搜尋 (和複製貼上)，二來視覺障礙的朋友無法觀看，自然無法跟你交流討論

jserv

pointer to pointer:

透過 address ，我們可以輕易地在 A function 修改 B function 的 object ，而如果這個object是pointer時，就需要pointer to pointer 了。

Type :

• Type 決定了object或函式回傳值的expression
• object types : describe objects
• function types : describe functions
• incomplete types : 描述物件但未決定物件（在記憶體中的）大小
• A pointer type 可以指向以下，並被稱為 referenced type
  • a function type,
  • an object type,
  • an incomplete type
• 三位一體: Array, function, pointer types
  都稱為 derived declarator types，都是從‘導’出來的型態

row major cache

待研讀：

Uno: 跟 cache line 有關 , column major 較容易會洗掉原本的 cache 內容
ref：cenalulu的文章

array vs pointer

syntax sugar

int *p, value;     // 這樣宣告才不會搞混value的型態
int* p, value;     // value實際上是int    

物件占了一定的空間，型態決定這些空間怎麼表示。
strcpy/strcat:使用到不該使用的記憶體，就會發生問題了。
cat:concatenate。
malloc:會失敗，失敗跟配置0都會回傳null

C語言把大家當成成熟的大人–––宅色夫

argv有點可怕

延伸：python有argv嗎？有，sys.argv 為什麼還要有argparse?因為有人的程式很複雜 argv不夠用
但經實驗sys.argv 跟argparse的速度差了三個數量級

附上實驗方法和數據，理工人說話要精準

jserv

在我的筆電上，輸入一個環境參數，argv大約使用了0.000006s，argparser 約需要0.004s，一直想用程式做更大規模的實驗，有機會會補上完整數據。yichung279

void Foo(int i, float f);

void Bar()
{
    int num = 1;
    Foo(num, 2.0);
}

num 與 2.0 即為 引數 (Argument)，或稱為 函式引數 (Argument of a Function)。
i 與 f 則為 參數 (Parameter)。

function designator ，因為不是搭配 &, sizeof 使用，所以會被轉成為 pointer to function
就算 ***fptr，再多的 * 都鞥function designator。

#include <stdio.h>

int *func1()

char *func1()
{
   char *p = "hello world";
   return p;
}

int *func2()

char *func2()
{
   char p[] = "hello world";
   return p;
}
 
int main() 
{
    printf("%s\r\n", func1());
    printf("%s\r\n", func2());
} 

"" 會使用 static area 中的記憶體，進行 string literal，[] 會把上述的結果複製至stack中。
而func2() 指向的 array 在 func2 生命週期結束時，一起被釋放了，所以 func2() return值 便指向了 null。
但fun1() 指向 static area 裡的空間，func1生命週期結束後依然存在，所以 func1() return值 依然指向字串。

詭異的事:一開始程式打錯 char 打成 int ，func1() 仍印出 "hello world"。
於是試圖做以下實驗:

int func()
{
    long a = 0x12345678;
    return a;
}
int main(){}

gdb :
whatis func():type = int
x func(): 0x12345678
p func(): 305419896

難以理解一個 int type ，有 unsigned long 的行為。一個 object 不是以 type 決定 expression 嗎?
function call 不能以 object 觀點檢視?(待我看完函式篇

後來做到 big-endian / little-endian 的題目就懂了。-yichung279

OSX把 /n 拿掉會多印一位，GNU/linux不會多印，online compiler不會多印，為何有不同的行為，為何不是印到OS介入為止。(UB?)

int main()
{
  char s[] = "hello world";
  s[11] = 'a';
  puts(s);
}

你所不知道的C語言:函式呼叫篇

C 語言歷史:

• 早期 C 語言 (1972-1973) -> K&R C (1976-1979) -> ANSI C (1983-1989) -> ISO
• 「不允許 nested function」這件事簡化了 C 編譯器的設計

Something behind "Hello world"

main printf 本身就是 function，涉及func call
呼叫標準函式庫，涉及linking
before main
memory layout