Linux 读书笔记 三 （第二章）

 

一、学习目标

1. 理解二进制在计算机中的重要地位

2. 掌握布尔运算在C语言中的应用

3. 理解有符号整数、无符号整数、浮点数的表示

4. 理解补码的重要性

5. 能避免C语言中溢出，数据类型转换中的陷阱和可能会导致的漏洞

 

二、学习资源

（提示：可选项，如有其他相关资源请在此说明）：

1. 教材：第二章《信息的表示和处理》，详细学习指导见这。

2. 课程资料：https://www.shiyanlou.com/courses/413   实验三，课程邀请码：W7FQKW4Y

3. 教材中代码运行、思考一下，读代码的学习方法见这。

 

三、学习方法

（提示：为提高学生的学习效果，请在此处为学生提出微课程学习的具体要求或建议）

 

1.  进度很重要：必须跟上每周的进度，阅读，练习，问答，项目。我会认真对待每一位同学，请你不要因为困难半途而废。

2. 问答很重要：遇到知识难点请多多提问，这是你的权利更是您对自己负责的义务。问答到博客园讨论小组：http://group.cnblogs.com/103791/

3. 实践很重要：解决书中习题，实践书中实例，完成每周项目，才算真的消化了这本好书。通过实验楼环境或自己安装的虚拟机在实践中进行学习

4. 实验报告很重要：详细记录你完成项目任务的思路，获得老师点评和帮助自己复习。学习完成后在博客园中（http://www.cnblogs.com/）把学习过程通过博客发表，博客标题“信息安全系统设计基础第三周学习总结”

四、学习任务

（提示：请将要求学生完成的任务、测验或思考题列在此处）

1. 阅读教材，完成课后练习（书中有参考答案）

2. 考核：练习题把数据变换一下

3. 加分题：课后作业最多两人一组，互相不能重复，1星题目每人最多加一分，2星题目每人最多加二分，3星题目每人最多加三分，4星题目每人最多加四分。

 

五、后续学习预告（可选）：

教材第三章《程序的机器级表示》

六、学习过程

第二章   信息的标识和处理

计算机存储和处理信息以二值信号表示。

三种最重要的数字表示法

无符号：基于传统的二进制表示法，大于等于0

补码：有符号整数

浮点数：实数的科学计数法的以二进制为基数的版本

缓冲区溢出漏洞：

计算机的表示法是用有限数量的位来对应一个数字编码，当结果太大不能表示时就会发生溢出。人为的溢出是有一定企图的，攻击者写一个超过缓冲区长度的字符串，植入到缓冲区这时可能会出现两种结果：一是过长的字符串覆盖了相邻的存储单元，引起程序运行失败，严重的可导致系统崩溃；另一个结果就是利用这种漏洞可以执行任意指令，甚至可以取得系统root特级权限。

2.1  信息的储存

1．存储器的每个字节都由唯一字节来标识，成为它的地址。所有可能地址的集合成为虚拟地址空间。其实现时间随机访问存储器（RAM）、磁盘存储器、特殊硬件和操作系统软件结合起来。

2．十六进制表示法

以0x或0X开头表示，字符A-F可大写可小写。

！掌握二进制和十六进制之间的转换，二进制四位与十六进制一位相对应。

小窍门：

3．字

字长：指明整数和指针数据的标称大小．字长决定的最重要的系统参数就是虚拟地址空间的最大大小。对一个字长为w位的机器，虚拟地址的范围为０－２^（w-1），程序最多访问2^w个字节。

4．数据大小

5．寻址和字节顺序

小端法：在存储器中按照从最低有效字接到最高有效字节的顺序存储对象；

大端法：在存储器中按照从最高有效字接到最低有效字节的顺序存储对象；

举例：变量x十六进制值为0x01234567，则：

6．表示字符串、代码

a-z的ASC||码为0x61-0x7A。

7．布尔代数

用0、1表示真假，以研究逻辑推理的基本原则。

有：~=NOT；&=AND；|=OR；^=异或。

8．C语言中的位级运算

！！确定一个位级表达式的结果最好的方法，就是将十六进制的参数扩展成二进制标识并执行二进制运算，然后再转换回十六进制。

9．C语言中的逻辑运算

有：||、&&、！，分别对应于OR、AND和NOT运算。

！注意：逻辑运算认为所有非零的参数都表示TRUE，而参数0表示FALSE。

10．C语言中的移位运算

右移运算：x>>k；左移运算：x<<k。

！对于无符号数据，右移必须是逻辑右移。对于有符号数据，则也可以使算术右移。

2.2整数表示

1. 无符号数编码

2．补码编码

3．扩展一个数字的位表示

零扩展——将一个无符号数转换为一个更大的数据类型，在开头添加0。

符号扩展——将一个补码数字转换为一个更大的数据类型，在表示中添加做高有效位置的副本。

4．截断数字

2.3整数运算

包括无符号加法、补码加法、补码的非、无符号乘法、补码乘法、乘以常数、除以2的幂。

1. 无符号加法是一种模运算形式。

2. 补码加法，两个数的w位补码之和与无符号之和又完全相同的位级表示。定义字长为w的、运算数x、y上的补码加法为：

因此，可以得出结论：

3. 补码的非

4. 无符号乘法

5. 补码乘法

6. 乘以常数

！！注意：无论是无符号运算还是补码运算，乘以2的幂都可能导致溢出。但即使溢出，通过移位得到的结果也是一样的。

7. 除以2的幂

除以2 的幂通过逻辑或者算术右移来实现。但这种方法不能推广到除以任意常数。

2.4浮点数

1．二进制小数

小数的二进制表示，二进制点左边的权形如2^i，而右边的数字的权形如1/2^i。

2．IEEE浮点表示

3．浮点运算

IEEE标准定义了一些合理规则。定义1/-0将产生-∞，而定义1/+0会产生+∞。

IEEE标准中指定浮点运算行为方法的一个优势在于，它可以独立于任何具体的硬件或者软件实现。

浮点加法不具有结合性，这是缺少的最重要的群属性；浮点加法满足了单调性属性——如果a>=b，那么对于任何a\b以及x的值，除了NaN，都有x+a>=x+b。无符号或补码加法不具有这个实数（和整数）加法的属性。

浮点乘法满足下列单调性：

4．C语言中的浮点数

所有的C语言版本提供了两种不同的浮点数据类型：float和double。在支持IEEE浮点格式的机器上，这些数据类型就对应于单精度和双精度浮点。

较新版本的C语言，包括ISO C99，包含第三种浮点数据类型long double。对于许多机器和编译器来说，这种数据类型等价于double数据类型。不过对于Intel兼容机来说，GCC用80位“扩展精度”格式来实现这种数据类型，提供了比标准64位格式大得多的取值范围和精度。

三种不同的浮点数据类型：float、double、long double（对于许多机器和编译器，与double等价）。

！当int、float和double格式之间进行强制转换时，程序改变数之和位模式的原则如下（假设int是32位的）：

 

 

七、遇到的问题及解决

 

 

八、其他

（提示：此处由学生填写，灵感，领悟等）