计算机基础大作业完整版Word格式.docx
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实验报告装订要求
实验批改完毕后，任课老师将每门课程的每个实验项目的实验报告以自然班为单位、按学号升序排列，装订成册，并附上一份该门课程的实验大纲。
实验项目名称：
数据的表示实验学时：
2
同组学生姓名：
无实验地点：
实验日期：
实验成绩：
批改教师：
批改时间：
一、实验目的和要求
熟悉数值数据在计算机内部的表示方式，掌握相关的处理语句。
二、实验仪器和设备
硬件环境：
IA-32
软件环境：
Linuxubuntu14.04，C语言，gcc
三、实验内容与过程
1、实验内容
1.“-2<
2”和“-2<
2u”的结果一样吗？
为什么？
请编写程序验证。
2.运行下图中的程序代码，并对程序输出结果进行分析。
3.运行下列代码，并对输出结果进行分析。
#include<
stdio.h>
voidmain（）
{
unionNUM
{
inta;
charb[4];
}num;
num.a=0x12345678;
printf（"
0x%X\n"
num.b[2]）;
}
4.请说明下列赋值语句执行后，各个变量对应的机器数和真值各是多少？
编写一段程序代码并进行编译，观察默认情况下，编译器是否报warning。
如果有warning信息的话，分析为何会出现这种warning信息。
inta=2147483648;
intb=-2147483648;
intc=2147483649;
unsignedshortd=65539；
shorte=-32790；
5.编译运行以下程序，并至少重复运行3次。
{
doublex=23.001,y=24.001,z=1.0;
for（inti=0;
i<
10;
i++）{
if（（y-x）==z）
printf（"
equal.n"
）;
else
printf（"
notequal\n"
x+=z;
y+=z;
%d,%f,%f\n”,i,x,y）;
}
要求：
（1）给出每次运行的结果截图。
（2）每次运行过程中，是否每一次循环中的判等结果都一致？
（3）每次运行过程中，每一次循环输出的i、x和y的结果分别是什么？
2、实验步骤
1.进入linux系统，在shell终端的提示符后输入gedit，编写C语言源程序。
gedit
输入实验内容1的源程序并以SAMPLE.C为文件名将文件存盘。
2.用GCC对源文件SAMPLE.C进行编译并产生目标文件SAMPLE.O，汇编语言程序SAMPLE.S。
gcc–s–oSAMPLE.SSAMPLE.C
gcc–g–oSAMPLE.OSAMPLE.C
3.用GDB跟踪执行SAMPLE。
gdbSAMPLE
4.观察程序执行情况并记录运行结果。
5.依照上述四个步骤，完成对其余实验内容的操作。
四、实验结果与分析
（1）
#include<
inta,c;
a=（-2<
2）?
1:
0;
c=（-2<
2u）?
%d\n%d\n"
a,c）;
正数的原码，反码，补码都一样。
而负数在计算机里是按补码存放和运算的。
-2在内存中的存储方式为1111，1111，1111，1111，11111，11111，1111，1110B即fffffffeH，最高位为符号位，2在内存中的存储方式为0000，0000，0000，0000，0000，0000，0000，0010B
即2H，最高位为符号位，2u在内存中存储的方式为0000，0000，0000，0000，0000，0000，0000，0010B即2H，最高位不再是符号位。
所以-2<
2是符号位的比较，即-2<
2是正确的。
-2<
2u是有符号数和无符号数之间的比较，此时编译器会把有符号数自动转无符号数，所以-2=2。
2，是有符号数的比较，即2+（-2）=fffffffeH+fffffffeH=1FFFFFFFCH=[-4]补，最高位符号位溢出，所以证明被减数的符号是负号，即-2<
.
有符号数和无符号数的比较。
系统会自动把有符号数转换成无符号数。
fffffffeH=4294967294D<
2D（是错误的）=2H
（2）
因为所有比int型小的数据类型（包括char,signedchar,unsignedchar,short,signedshort,unsignedshort）转换为int型。
如果转换后的数据会超出int型所能表示的范围的话，则转换为unsignedint型；
所以题中的c在和a比较时应该先转换成int型，再转换成unsignedint型，所以此时的c为11111111111111111111111111111111B（有符号数按最高位符号位进行扩位）即FFFFFFFFH，此时的a为1H，显然c大于a，所以第一次输出的是unsignedintis0；
同理当b和c比较时，c应该转换成int型，所以此时的c为11111111111111111111111111111111B即FFFFH=-2147483647D，b也应该转换成int型，所以此时的b为00000000000000000000000000000001B=1D，显然b>
c，所以输出unsignedshortis1
Voidmain（）
Unsignedinta=1;
Unsignedshortb=1;
Charc=-1;
Intd;
d=（a>
c）?
printf（“unsignedintis%d\n”,d）;
d=（b>
（3）
由于在union共用体当中，inta和charb[4]数据公用同一段内存地址，而此时a和b同时占用四个字节，所以当执行num.a=0x12345678;
同时b也会被赋值，b的内存示意图如下：
b的值
8
7
6
5
4
3
2
1
b的地址
b[0]
b[1]
b[2]
b[3]
由上图可知执行printf（"
会输出0x34。
现在解释为什么会出现表中的情况对于数组来说，下标越小地址越小，下标越大地址越大，而a=0x12345678这个值中，1和2分别在最高位和次高位，它就会存储在下标大的b[3]中，以此类推，便可以得到表中的数据。
这也证明了我的32位Ubuntu是小端存储（字数据的高字节存储在高地址中，而字数据的低字节则存储在低地址中）。
（4）
inta=2147483648;
4个字节
intb=-2147483648;
intc=-2147483649;
unsignedshortd=65539;
2个字节
shorte=-32790;
printf（"
%d\n"
a）;
b）;
c）;
d）;
e）;
机器数就是数字在计算机中的二进制表示形式，其特点一是符号数字化，二是
其数的大小受机器字长的限制。
将带符号位的机器数对应的真正数值称为机器数的真值
inta=2147483648的机器数是10000000000000000000000000000000B
intb=-2147483648的机器数是10000000000000000000000000000000B
intc=2147483649的机器数是10000000000000000000000000000001B
unsignedshortd=65539的机器数无法表示
shorte=-32790的机器数无法表示
int类型在32位计算机中占4个字节，即32位。
又因为正数的补码是其本身，所以int类型能表示的所有正数为：
0,0000000000000000000000000000000B到0,1111111111111111111111111111111B即0到+2147483647。
而负数的补码是除符号位外各位取反最后加一而来。
所以int类型所能表示的所有负数为：
0,0000000000000000000000000000000B（-0D的补码）到1,1111111111111111111111111111111B即0到-2147483647D。
而32位二进制数能表示的所有值为2的32次方个，而从-2147483647D到+2147483647D总共是2的32次方减一个数，而少的这个数就是10000000000000000000000000000000B（-0D的补码），而任何数的原码都不能在转换成补码时成为这个数，我们人为的把他规定为-2147483648所以int类型的取值范围为-2147483648到+2147483647，所以题目中的b是正确的，并且不会发生溢出。
而题目中的a=2147483648其实已经超出int类型的最大范围，但是
a=2147483648=2147483647+1=0,1111111111111111111111111111111B+1B=10000000000000000000000000000000B=-2147483648，而-2147483648又在int类型的取值范围内，所以也不会溢出，如果此时打印输出a的十进制就是-2147483648，同理可得c=2147483649=2147483647+2=-2147483647，也不会发生溢出现象。
对于题目中的d，由于它是无符号短整型的变量，在32位机中占两个字节。
所以d的取值范围为：
0到65535，而65539不在这个范围内，所以会报溢出警告。
对于题目中的e，由于它是有符号短整型的变量，在32位机中占两个字节。
所以e的取值
范围为：
-32768到+32767，此时c=-32790=-32768-22=-32768+（-22）=
10000000000000000000000000000000B+11111111111111111111111111101001B=000101111111111111111111111111101001B=+6442450921D>
>
+32767D所以e会报出溢出警告。
5.
Double双精度浮点数，按照IEEE-754标准，双精度浮点数有效数字到小数点后15位，x=23.001，可表示为23.00100000000001；
y=24.001000000000001；
31.001会表示成31.001000000000001，32.001会表示成32.001000000000005，于是就不相等了。
结尾的那个1或5都是由于有限精度无法精确的小数造成的，
每次运行过程中，每一次循环输出的i、x和y的结果分别是
i=0,x=24.001,y=25.001;
i=1,x=25.001,y=26.001
i=2,x=26.001,y=27.001
i=3,x=27.001,y=28.001
i=4,x=28.001,y=29.001
i=5,x=29.001,y=30.001
i=6,x=30.001,y=31.001
i=7,x=31.001,y=32.001
i=8,x=32.001,y=33.001
i=9,x=33.001,y=34.001
五、实验思考题和实验心得。
1、思考题
1.完成书上第二章习题中第40题，提交代码，并在程序中以十六进制形式打印变量u的机器数。
floatfpower2（intx）
unsignedexp,frac,u;
if（x<
-149）
exp=0;
frac=0;
}
elseif（x<
-126）
exp=0;
frac=0x400000>
（-x-127）;
128）
exp=x+127;
frac=0;
else{
exp=255;
u=exp<
<
23||frac;
returnu2f（u）;
2、实验心得
了解了linux的基本操作。
理解了编译执行，反编译的过程和操作步骤。
理解了当计算机面对C语言时，计算机是如何表示和编译的。
我们可以查看编译过程来了解计算机的思想。
还需继续努力。
排序程序的编辑、编译和调试实验学时：
熟悉开发环境、掌握开发和调试的基本过程以及工具。
三、实验过程
以下程序实现了排序和求和算法，程序源码如下图所示。
请根据提供的图片输入源程序文件，并保存为相应的.c和.h文件，然后进行编译、链接，调试。
bubblesort.h:
bubblesort.c:
add.h:
add.c:
printresult.h:
printresult.c:
main.c:
冒泡排序求和打印结果退出
请选择序号
原始数组为
数组求和结果为
排序后数组为
请选择正确的序号！
请继续！
2.将源程序文件进行预处理、编译、汇编和链接，以生成可执行文件。
（1）使用gcc直接生成可执行文件
gcc-omainmain.cbubblesort.cadd.cprintresult.c
（2）首先生成可重定位目标文件（.o文件），再链接成可执行文件。
首先，使用gcc–c……命令将所有.c文件编译成.o文件（可以用-o选项命名输出的可重定位目标文件），然后再用ld命令进行链接，以生成可执行目标文件。
（用ld命令链接时要包含很多系统库，可以用gcc–vmain.c来查看系统链接需要哪些库，把collect2换成ld，生成的/tmp/ccBCU0rh.o即为mian.c编译出来的main.o文件，删掉该句替换成以下命令：
-omainmain.obubblesort.oadd.oprintresult.o-emain）
ld-omainmain.obubblesort.oadd.oprintresult.o-emain--sysroot=/--build-id--eh-frame-hdr-melf_i386--hash-style=gnu--as-needed-dynamic-linker/lib/ld-linux.so.2–zrelro/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.8/../../../i386-linux-gnu/crt1.o/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.8/../../../i386-linux-gnu/crti.o/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.8/crtbegin.o-L/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.8-L/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.8/../../../i386-linux-gnu-L/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.8/../../../../lib-L/lib/i386-linux-gnu-L/lib/../lib-L/usr/lib/i386-linux-gnu-L/usr/lib/../lib-L/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.8/../../..–lgcc--as-needed-lgcc_s--no-as-needed-lc-lgcc--as-needed-lgcc_s--no-as-needed/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.8/crtend.o/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.8/../../../i386-linux-gnu/crtn.o
上述过程如下图所示：
3.使用OBJDUMP命令进行反汇编（请自行查阅OBJDUMP命令的使用方法）
例如，可使用“objdump–S”命令进行反汇编
objdump–Smain.o：
将main.o进行反汇编
4.使用GDB命令进行各种调试（GDB命令参见教材附录C，也可自行查阅网上相关文档）
调试之前首先用“gcc–g”命令生成调试信息，否则调试失败。
gcc-g-omainmain.cbubblesort.cadd.cprintresult.c
gdbmain
要求用各种GDB命令对程序进行调试（例如用inforegisters查看寄存器内容）。
1.编写相应的.c和.h文件
2.使用gcc直接生成可执行文件
3.运行main结果
4.使用OBJDUMP命令进行反汇编
5.使用GDB命令进行各种调试.调试之前首先用“gcc–g”命令生成调试信息
（gdb）help：
查看命令帮助，具体命令查询在gdb中输入help+命令.
（gdb）list：
查看原代码（list-n,从第n行开始查看代码。
list+函数名：
查看具体函数）
（gdb）step：
单步调试（逐语句：
跳入自定义函数内部执行）
（gdb）run：
重新开始运行文件
（gdb）break3设置断点
（gdb）infob查看断点处情况
（gdb）inforegisters查看寄存器内容
（gdb）continue：
继续运行
五、实验思考题和实验心得
1、实验思考题
1.分析同一个源程序在不同机器上生成的可执行目标代码是否相同。
提示：
从多个方面（如ISA、OS和编译器）来分析。
2.你能在可执行目标文件中找出函数printf（）对应的机器代码段吗？
能的话，请标示出来。
（1）答：
不相同，因为一：
总线的条数有区别，有16位，32位，64位总线结构，导致并
行一次传输的数据不会一致，二：
操作系统的不同，有Linux系统，Windows系统，mcos系统之分，导致程序才汇编和链接时的ELF表不会完全相同，三：
从编译器来说，有gcc，vsC++之分，而不同的编译器在数据的对齐方面，库函数源文件方面，符号表创建和解析方面不会完全相同。
所以导致在不同机器上生成的可执行代码不相同。
（2） 答：
不能，因为printf（）在动态库libc.so.中，而这个库是动态链接库，所以程序在链接时并不把这个库的函数的机器码链接可执行程序中，而是在执行程序的时候才加载进来。
所以不能找到printf（）函数。
此次试验了解到程序首先生成可重定位目标文件（.o文件），再链接成可执行文件。
以及gdb的相关操作。
此外，GDB的出现减轻了开发人员的负担，他们可以在程序运行的时候单步跟踪自己的代码，或者通过断点暂时中止程序的执行。
我们也能够随时察看变量和内存的当前状态，并监视关键的数据结构是如何影响代码运行。
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