> For the complete documentation index, see [llms.txt](https://hansimov.gitbook.io/csapp/llms.txt). Markdown versions of documentation pages are available by appending `.md` to page URLs; this page is available as [Markdown](https://hansimov.gitbook.io/csapp/labs/data-lab/writeup.md). # Writeup > datalab.pdf > > 15-213, Fall 20xx > > Data Lab: Manipulating Bits Harry Bovik () 是本作业的负责人。 ## 1. 介绍 本作业的目的是更加熟悉整数和浮点数的位级表示。你可以通过解决一系列的编程“谜题”来做到这一点。这些谜题很多都是人造的，但你会发现自己在处理这些谜题的过程中，会更多地考虑位。 ## 2. 支持 这是一个个人项目。所有提交内容都是电子版。说明和更正将公布在课程网页上。 ## 3. 讲义说明 **SITE-SPECIFIC：此处插入一段内容，解释讲师如何给学生分发 datalab.handout.tar 文件。** 开始先将 datalab-handout.tar 复制到一台 Linux 机器上（受保护的）目录中，您打算在该目录完成工作。然后输入命令 ```c unix> tar xvf datalab-handout.tar ``` 这会把许多文件解压到目录中。你唯一需要修改和提交的文件是 bits.c。 bits.c 文件包含了 13 个编程谜题的框架。你的任务是完成每个函数框架，对于整数谜题只能使用直线代码（即，没有循环或条件语句），以及有限数量的 C 语言算术和逻辑运算符，具体来说，你只能使用以下 8 个运算符： ```c ! ˜ & ˆ | + << >> ``` 一些函数进一步限制了这个列表。此外，不允许使用任何长度超过 8 位的常量。有关详细规则和代码样式要求的讨论，请参见 bits.c 中的注释。 ## 4. 谜题 本节介绍你将在 bits.c 中解决的谜题。 表 1 列出了从最简单到最困难的谜题。“难度级别”字段给出谜题的难度级别（点数），“最大操作符数”字段提供允许用于实现每个功能的最大运算符的数目。有关函数行为要求的更多详细信息，请参见 bits.c 中的注释。您也可以参考 tests.c 中的测试函数。这些函数被用作参考函数来表示函数的正确行为，尽管它们不满足函数的代码规则。 | 函数名 | 描述 | 难度级别 | 最大操作符数目 | | ------------------- | --------------------------------------------- | :--: | :-----: | | bitXor(x,y) | x 异或 y，只用 & 和 \~ | 1 | 14 | | tmin() | 最小的整数补码 | 1 | 4 | | isTmax(x) | x 为最大的整数补码时为真 | 1 | 10 | | allOddBits(x) | x 的奇数位都为 1 时为真 | 2 | 12 | | negate(x) | 使用 - 操作符返回 -x | 2 | 5 | | isAsciDigit(x) | $$\small 0x30\leqslant x \leqslant 0x39$$ 时为真 | 3 | 15 | | conditional | 等同于 x ? y : z | 3 | 16 | | isLessOrEqual(x, y) | $$\small x \leqslant y$$时为真，否则为假 | 3 | 24 | | logicalNeg(x)) | 不用 ! 运算符计算 !x | 4 | 12 | | howManyBits(x) | 用补码表示 x 的最小位数 | 4 | 90 | | floatScale2(uf) | 对于浮点参数 f，返回 2\*f 的位级等价数 | 4 | 30 | | floatFloat2Int(uf) | 对于浮点参数 f，返回 (int) f 的位级等价数 | 4 | 30 | | floatPower2(x) | 对于整数 x，返回 2.0^x | 4 | 30 | > 表 1：data lab 难题。对于浮点谜题，数值 f 是与无符号整数 uf 具有相同位表示的浮点数。 对于浮点谜题，你将实现一些常见的单精度浮点运算。对于这些谜题，您可以使用标准控制结构（条件语句、循环语句），并且可以同时使用 int 和 unsigned 数据类型，包括任意无符号和整数常量。不能使用任何联合体（union）、结构体（struct）或数组（array）。最重要的是，不能使用任何浮点数据类型、操作或常量。相反，任何浮点操作数都将作为无符号类型传递给函数，而返回的任何浮点值都将是无符号类型。你的代码应该执行位操作，以实现特定的浮点数运算。 提供的 fshow 程序帮助你理解浮点数的结构。要编译 fshow，请切换到讲义目录并键入： ```c unix> make ``` 你可以使用 fshow 查看任意模式表示的浮点数： ```c unix> ./fshow 2080374784 Floating point value 2.658455992e+36 Bit Representation 0x7c000000, sign = 0, exponent = f8, fraction = 000000 Normalized. 1.0000000000 X 2ˆ(121) ``` 你也可以给 fshow 提供十六进制和浮点值，它将破译它们的位结构。 ## 5. 评估 你的分数将根据以下分布计算，最高 67 分： | 标准 | 分数 | | :-: | :-: | | 正确性 | 36 | | 性能 | 26 | | 风格 | 5 | **正确性分数。**你必须解决的谜题的难度等级在 1 到 4 之间，因此它们的加权和总计为 36。我们将使用 btest 程序评估你的函数，这将在下一节中介绍。如果一个谜题通过了 btest 的所有测试，你将获得满分，否则就没分。 **性能分数。**我们在这门课上主要关心的是你能得到正确的答案。然而，我们想给你灌输一种让事情尽可能简短和简单的感觉。此外，有些谜题可以用蛮力解决，但我们希望你更聪明。因此，对于每个函数，我们已经为每个函数设置了允许您使用的最大数量的运算符。这个限制是非常慷慨的，它的目的是为了抓住效率极低的解答。每个满足运算符数目限制的正确函数都将得到 2 分。 **风格分数。**最后，我们保留了 5 分，用于主观评价你解答的风格和你的注释。你的解决方案应该尽可能简洁明了。你的注释应当提供有用信息，但不能太多。 ### 给你的工作自动评分 我们在材料目录提供了一些自动评分工具——btest、dlc 和 driver.pl——帮助你检查工作的正确性。 **btest：**此程序检查 bits.c 中函数功能的正确性。要构建和使用它，请键入以下两个命令： ```c unix> make unix> ./btest ``` **注意，每次修改 bits.c 文件时都必须重新构建 btest。** 你会发现，一次一个地完成这些函数，并在执行过程中对每个函数进行测试是很有帮助的。可以使用 -f 标志指示 btest 只测试单个函数： ```c unix> ./btest -f bitXor ``` 可以使用选项标志 -1、-2 和 -3 向其提供特定的函数参数： ```c unix> ./btest -f bitXor -1 4 -2 5 ``` **dlc：**这是一个来自 MIT CILK 小组的 ANSI C 编译器的修改版本，您可以使用它来检查每个谜题是否符合代码规则。典型用法是： ```c unix> ./dlc bits.c ``` 程序将静默运行，除非检测到问题，例如非法运算符、运算符过多或整数谜题中的非直线代码。使用 -e 参数运行： ```c unix> ./dlc -e bits.c ``` 会让 dlc 打印每个函数使用的运算符的数目。键入 **./dlc -help** 以获取命令行选项的列表。 **driver.pl：**这是一个驱动程序，使用 btest 和 dlc 计算你解答的正确性和性能分数。它不需要任何参数： ```c unix> ./driver.pl ``` 你的讲师会用 driver.pl 来评估你的解答。 ## 6. 提交说明 **SITE-SPECIFIC：在这里插入文本，告诉每个学生如何在你的学校提交他们的 bits.c 解答文件。** ## **7. 建议** * 不要在 bits.c 文件中包含 **\** 头文件，因为它会让 dlc 混乱并导致一些非直观的错误消息。你仍然可以在 bits.c文 件中使用 printf 进行调试，而不用包含 **\** 头文件，尽管 gcc 会打印一个警告，你可以忽略它。 * dlc 程序强制执行比 C++ 更严格的 C 声明形式，或者由 gcc 强制执行。特别是，任何声明都必须出现在块（用大括号括起来的内容）中的任何非声明语句之前。例如，以下代码它会报错： ```c int foo(int x) { int a = x; a *= 3; /* Statement that is not a declaration */ int b = a; /* ERROR: Declaration not allowed here */ } ``` ## 8. “击败教授”比赛 为了好玩，我们提供了一个可选的“击败教授”比赛，让你与其他学生和讲师竞争，开发出最有效的谜题。目标是用最少的运算符来解决 Data Lab 的每个谜题。在每个谜题中，与讲师的操作符数目相匹配或击败的学生就是赢家！ 要提交参赛作品，请键入： ```c unix> ./driver.pl -u "Your Nickname" ``` 昵称限制为 35 个字符，可以包含字母数字、撇号（'）、逗号、句点、破折号、下划线和 &。你可以随时提交。你最近提交的内容将显示在实时记分板上，仅由你的昵称标识。您浏览下面网站查看记分板： **http\://$SERVER\_NAME:$REQUESTD\_PORT** **SITE-SPECIFIC：将 $SERVER\_NAME 和 $REQUESTD\_PORT 替换成你在 ./contest/Contest.pm 文件中设置的值。** --- # Agent Instructions This documentation is published with GitBook. GitBook is the documentation platform designed so that both humans and AI agents can read, navigate, and reason over technical content effectively. Learn more at gitbook.com. ## Querying This Documentation If you need additional information that is not directly available in this page, you can query the documentation dynamically by asking a question. Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter: ``` GET https://hansimov.gitbook.io/csapp/labs/data-lab/writeup.md?ask= ``` The question should be specific, self-contained, and written in natural language. The response will contain a direct answer to the question and relevant excerpts and sources from the documentation. Use this mechanism when the answer is not explicitly present in the current page, you need clarification or additional context, or you want to retrieve related documentation sections.