计算机系统基础——上机作业2

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实验1：变量输出与机器数分析

1.1 运行代码并分析输出

源代码：

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#include <stdio.h>
int main() {
    int x = -1;
    unsigned u = 2147483648;
    printf("x = %u = %d.\n", x, x);
    printf("u = %u = %d.\n", u, u);
    return 0;
}

编译与运行：

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gcc -o test1 test1.c
./test1

输出结果（假设32位系统）：

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x = 4294967295 = -1.
u = 2147483648 = -2147483648.

结果分析：

  • x = %u：
    x 是 int 类型的 -1，二进制补码为 0xFFFFFFFF。用 %u（无符号）解释时，0xFFFFFFFF 对应 4294967295。
  • x = %d：
    正常输出 -1。
  • u = %u：
    u 是 unsigned 类型的 2147483648（即 0x80000000），直接输出为 2147483648。
  • u = %d：
    用 %d（有符号）解释 0x80000000，最高位为1，表示负数，结果为 -2147483648。

1.2 反汇编分析机器数

步骤：

  1. 生成目标文件：
    1
    gcc -c test1.c -o test1.o
  2. 反汇编查看变量赋值：
    1
    objdump -d -M intel test1.o

关键汇编代码（简化）：

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mov DWORD PTR [rbp-4], 0xffffffff   ; x = -1 (机器数 0xFFFFFFFF)
mov DWORD PTR [rbp-8], 0x80000000   ; u = 2147483648 (机器数 0x80000000)

变量机器数总结：
| 变量 | 机器数（十六进制） |
| —— | ————————— |
| x | 0xFFFFFFFF |
| u | 0x80000000 |

实验2：表达式结果与反汇编分析

2.1 验证表达式结果

源代码：

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#include <stdio.h>
int main() {
    printf("-1 < 0\t\t -> %d\n", (-1 < 0));
    printf("-1 < 0U\t -> %d\n", (-1 < 0U));
    printf("2147483647 > -2147483647 - 1\t -> %d\n", (2147483647 > -2147483647 - 1));
    printf("2147483647U > -2147483647 - 1\t -> %d\n", (2147483647U > -2147483647 - 1));
    return 0;
}

编译与运行：

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gcc -o test2 test2.c
./test2

输出结果：

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-1 < 0           -> 1
-1 < 0U          -> 0
2147483647 > -2147483647 - 1  -> 1
2147483647U > -2147483647 - 1 -> 0

结果分析：

  1. -1 < 0：
    有符号比较，-1 小于 0，结果为真（1）。
  2. -1 < 0U：
    0U 是无符号，-1 被转换为无符号数 0xFFFFFFFF（4294967295），远大于 0U，结果为假（0）。
  3. 2147483647 > -2147483647 - 1：
    右侧表达式 -2147483647 - 1 等于 -2147483648（INT_MIN），有符号比较，2147483647（INT_MAX）大于 INT_MIN，结果为真（1）。
  4. 2147483647U > -2147483647 - 1：
    左侧是无符号，右侧 INT_MIN 被转换为无符号数 0x80000000（2147483648），比较 2147483647 和 2147483648，结果为假（0）。

2.2 反汇编分析表达式

步骤：

  1. 生成目标文件：
    1
    gcc -c test2.c -o test2.o
  2. 反汇编查看比较指令：
    1
    objdump -d -M intel test2.o

关键汇编代码（以 -1 < 0U 为例）：

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mov DWORD PTR [rbp-4], 0xffffffff   ; -1 的机器数
cmp DWORD PTR [rbp-4], 0            ; 比较时，-1 被视为无符号数 4294967295
setb al                             ; 设置结果（0 表示假）

总结：

  • 类型转换规则决定了比较结果。
  • 反汇编显示编译器如何处理有符号与无符号的隐式转换。

实验报告建议

  1. 源代码与输出结果：附上代码及运行结果。
  2. 反汇编截图：展示变量赋值和表达式比较的汇编代码。
  3. 分析：
    • 解释类型转换对输出的影响。
    • 说明反汇编中机器数与表达式比较的底层实现。

如果需要更详细的反汇编代码或具体步骤解释，请随时告知！