C puzzles詳解【9-12題】

標籤：style   blog   http   color   io   使用   ar   strong   for   

第九題

#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;}

知識點講解：

• 浮點寄存器

浮點寄存器是FPU的組成部分。硬體架構不同，浮點寄存器的個數和位元也不同。X86架構的浮點寄存器有:

1）8個80位的資料寄存器：FPR0~FPR7，資料寄存器的位元決定著電腦的計算精度，位元越多，計算精度越高；

2）3個16位寄存器：1個標記寄存器，1個控制寄存器，1個狀態寄存器；

3）2個48位寄存器：1個指令指標，1個資料指標。

FPU對浮點寄存器的操作有自己的一套指令，對於資料寄存器，不能直接使用這8個寄存器的名字，這8個資料寄存器被設計成首尾相連的堆棧，st(0)指向FPRx的棧頂。

• 浮點數在寄存器中的二進位表示

參考文章：

http://www.ruanyifeng.com/blog/2010/06/ieee_floating-point_representation.html

http://floating-point-gui.de/

http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_754

http://en.wikipedia.org/wiki/Floating_point

根據國際標準IEEE 754，任意一個二進位浮點數V可以表示成下面的形式：

V = (-1)S  × M × 2E

關於S，M，E所佔位元如下表所示：

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總是可以表示成1.xxx的形式，由於M第一位總是1，在寄存器內表示M時，第一位的1被捨去，只儲存小數部分，所以節省了1位有效數字。以32位浮點數為例，M佔23位，但有效數位位元為24。

E：存放E時，需要將E加上一個固定值，對於32位浮點數，固定值為127，對於64位浮點數，固定值為1023。更多關於E的講解見第一個參考連結。

舉例：

float x = 0.15625;

0.15625用二進位表示為0.00101

S=0, E=-3, M=1.01

寄存器中存放E的部分應存放-3+127；

寄存器中存放M的部分應存放01

故0.15625在寄存器中的表示為：

0 01111100 01000000000000000000000

題目講解：

浮點數在電腦中並不能精確表示，表示值與實際值有微小的誤差，這種誤差會隨著加減法疊加。比較浮點數不可簡單地用“>”“<”“==”“!=”來判斷。

浮點數的比較方法可以參考

http://www.cygnus-software.com/papers/comparingfloats/comparingfloats.htm

 

第十題

#include <stdio.h>int main(){        int a = 1,2;        printf("a : %d\n",a);        return 0;}

知識點講解：

• 逗號運算式

逗號運算式的形式如下：

（運算式1，運算式2，運算式3，……，運算式n）

(1)逗號運算式的計算過程為從左往右逐個計算；

(2)逗號運算式作為一個整體，它的值為最後一個運算式的值；

(3)逗號運算子的優先順序在所有運算子中最低。

題目講解

由於逗號運算子的優先順序最低，所以

int a = 1,2;

等同於

int (a = 1),2

故編譯有誤。

應改為：

int a = (1,2);

 

第十一題

#include <stdio.h>int main(){        int i=43;        printf("%d\n",printf("%d",printf("%d",i)));        return 0;}

題目講解：

printf的傳回值為列印的字元數，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).

故這段程式的輸出為：4321

 

第十二題

  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);      }  }

知識點講解

• register關鍵字

通知編譯器將register變數“儘可能”地放入寄存器當中，以提高對該變數的存取速度。普通變數放在記憶體中，其存取速度跟記憶體速度相當，register變數存放於寄存器當中，其存取速度和cpu速度相當。對於需要頻繁逐一查看的變數定義成register類型可提高程式運行效率。

• a++與++a的區別

a++：取a的地址，把它的值裝入寄存器，然後增加記憶體中a的值；

++a：取a的地址，增加記憶體中a的值，把a的值裝入寄存器。

• C語言運算子優先順序

關於C語言運算優先順序參考：

http://www.slyar.com/blog/c-operator-priority.html

對於*to++,*和++屬於同級運算子，結合方向為從右至左，故*to++ == *(to++)，操作步驟有三:

1、取to的值到寄存器；

2、將to的值加1；

3、取步驟一的寄存器中的地址指向的值。

“*to++ = *from++;”的含義為從源地址處複製一個位元組到目的地址處，並將原地址和目的地址分別向後移一個位元組。

• Duff’s Device

關於達夫裝置參考：

http://www.drdobbs.com/a-reusable-duff-device/184406208

達夫裝置是串列複製的一種最佳化實現，通過減少迴圈次數來提高程式的執行效率。

當要把一段資料從源地址複製到目的地址時，你會用什麼樣的方法？

境界一：

void my_copy_1(register char *to, register char *from, register int count){    while(count-- > 0)    {        *to++ = *from++;    }}

點評：這段代碼簡潔易懂，但執行效率卻不高。每複製完一個位元組後都要執行三個附加動作：1.跳轉到迴圈開始處；2.改變count的值；3.將count值和0比較。這三個附加動作消耗的時間遠遠大於複製動作消耗的時間，代碼有點頭重腳輕了。

想一想如果你是cpu，每複製一個位元組都讓你檢測一次是否超過count值，你一定覺得你的主人好煩。如果能讓cpu順溜地，沒有阻礙地一直複製下去就好了……

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;    }}

點評：複製大段資料時，讓cpu獃頭獃腦地一直copy下去那是最快的，但是我們總得檢查已經複製的資料量是否超過了設定值。一步一回頭顯然沒有必要，N歩一回頭還是可以考慮的。上段程式中把N設為了8，當然也可以根據實際需要設成其他的值。

上面程式中對“零碎資料”的處理仍是採用“一步一回頭”的老方法，對於這段資料的處理，有沒有更簡潔的方法呢？

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);    }}

點評：上述代碼先處理零碎的資料，再處理塊狀的資料。利用switch語句，根據零碎資料量跳轉到相應的case標號處，如果零碎資料量為7，那就一路往下執行7次賦值動作，為6就一路執行6次賦值動作，以此類推……這種方法執行比較操作的次數最少。上面這段串列複製的方法就叫做“達夫裝置”。

當然我們也可以用宏來實現達夫裝置，宏定義如下：

#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)

點評：num除以8和num對8取餘有兩種方法：一種是num/8，num%8；一種是num>>3，num&7。後一種方法高效一點。

C puzzles詳解【9-12題】