C puzzles详解【9-12题】
第九题
- #include <stdio.h>
- int main()
- {
- float f=0.0f;
- int i;
- for(i=;i<;i++)
- f = f + 0.1f;
- if(f == 1.0f)
- printf("f is 1.0 \n");
- else
- printf("f is NOT 1.0\n");
- return ;
- }
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 = ,;
- printf("a : %d\n",a);
- return ;
- }
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 = ,;
等同于
- int (a = ),
故编译有误。
应改为:
- int a = (,);
第十一题
- #include <stdio.h>
- int main()
- {
- int i=;
- printf("%d\n",printf("%d",printf("%d",i)));
- return ;
- }
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 “\”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+)/;
- switch(count%){
- case : do{ *to++ = *from++;
- case : *to++ = *from++;
- case : *to++ = *from++;
- case : *to++ = *from++;
- case : *to++ = *from++;
- case : *to++ = *from++;
- case : *to++ = *from++;
- case : *to++ = *from++;
- }while( --n >);
- }
- }
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-- > )
- {
- *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/;
- register int n_left = count%;
- while (n_block-- > )
- {
- *to++ = *from++;
- *to++ = *from++;
- *to++ = *from++;
- *to++ = *from++;
- *to++ = *from++;
- *to++ = *from++;
- *to++ = *from++;
- *to++ = *from++;
- }
- while (n_left-- > )
- {
- *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+)/;
- int n_left = count%;
- switch (n_left)
- {
- case : do{*to++ = *from++;
- case : *to++ = *from++;
- case : *to++ = *from++;
- case : *to++ = *from++;
- case : *to++ = *from++;
- case : *to++ = *from++;
- case : *to++ = *from++;
- case : *to++ = *from++;
- } while(--n_block > );
- }
- }
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_ + ) >> ; \
- switch (count_ & ) \
- { \
- case : do{aAction; \
- case : aAction; \
- case : aAction; \
- case : aAction; \
- case : aAction; \
- case : aAction; \
- case : aAction; \
- case : aAction; \
- } while(--times_ > ); \
- } \
- }while ()
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。
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