《MIT 6.828 Lab 1 Exercise 8》实验报告

本实验的网站链接：MIT 6.828 Lab 1 Exercise 8。

题目

解答

补全打印八进制整数的代码

参考打印10进制和16进制整数的代码即可。

case 'o':

    num = getuint(&ap, lflag);

    base = 8;

    goto number;

问题1：解释printf.c和console.c之间的接口关系

解答：printf.c中的putch函数调用了console.c中的cputchar函数，具体调用关系：cprintf -> vcprintf -> putch -> cputchar。

问题2：解释console.c的以下代码

1 if (crt_pos >= CRT_SIZE) {

2     int i;

3     memmove(crt_buf, crt_buf + CRT_COLS, (CRT_SIZE - CRT_COLS) * sizeof(uint16_t));

4     for (i = CRT_SIZE - CRT_COLS; i < CRT_SIZE; i++)

          crt_buf[i] = 0x0700 | ' ';

5     crt_pos -= CRT_COLS;

6 }

解答：联系代码上下文，可以理解这段代码的作用。首先，CRT(cathode ray tube)是阴极射线显示器。根据console.h文件中的定义，CRT_COLS是显示器每行的字长（1个字占2字节），取值为80；CRT_ROWS是显示器的行数，取值为25；而#define CRT_SIZE(CRT_ROWS * CRT_COLS)是显示器屏幕能够容纳的字数，即2000。当crt_pos大于等于CRT_SIZE时，说明显示器屏幕已写满，因此将屏幕的内容上移一行，即将第2行至最后1行（也就是第25行）的内容覆盖第1行至倒数第2行（也就是第24行）。接下来，将最后1行的内容用黑色的空格塞满。将空格字符、0x0700进行或操作的目的是让空格的颜色为黑色。最后更新crt_pos的值。总结：这段代码的作用是当屏幕写满内容时将其上移1行，并将最后一行用黑色空格塞满。

问题3：逐步跟踪以下代码并回答问题

    int x = 1, y = 3, z = 4;

    cprintf("x %d, y %x, z %d\n", x, y, z);

解答：

1. fmt指向格式化字符串"x %d, y %x, z %d\n"的内存地址（这个字符串是存储在栈中吗？），ap指向第一个要打印的参数的内存地址，也就是x的地址。

2. 列出每次调用cons_putc, va_arg和vcprintf的状态：

   • cprintf首先调用vcprintf，调用时传入的第1个参数fmt的值为格式化字符串"x %d, y %x, z %d\n"的地址，第2个参数ap指向x的地址。
   • vcprintf调用vprintfmt，vprintfmt函数中多次调用va_arg和putch，putch调用cputchar，而cputchar调用cons_putc，putch的第一个参数最终会传到cons_putc.接下来按代码执行顺序列出每次调用这些函数的状态。
   • 第1次调用cons_putc: printfmt.c第95行，参数为字符'x'.
   • 第2次调用cons_putc: printfmt.c第95行，参数为字符' '.
   • 第1次调用va_arg: printfmt.c第75行，lflag=0，调用前ap指向x，调用后ap指向y.
   • 第3次调用cons_putc: printfmt.c第49行，参数为字符'1'.此处传给putch的第一个参数的表达方式比较新奇、简洁："0123456789abcdef"[num % base]。注意双引号及其内部实际上定义了一个数组，其元素依次为16进制的16个字符。
   • 第4次调用cons_putc: printfmt.c第95行，参数为字符','.
   • 第5次调用cons_putc: printfmt.c第95行，参数为字符' '.
   • 第6次调用cons_putc: printfmt.c第95行，参数为字符'y'.
   • 第7次调用cons_putc: printfmt.c第95行，参数为字符' '.
   • 第2次调用va_arg: printfmt.c第75行，lflag=0，调用前ap指向y，调用后ap指向z.
   • 第8次调用cons_putc: printfmt.c第49行，参数为字符'3'.
   • 第9次调用cons_putc: printfmt.c第95行，参数为字符','.
   • 第10次调用cons_putc: printfmt.c第95行，参数为字符' '.
   • 第11次调用cons_putc: printfmt.c第95行，参数为字符'z'.
   • 第12次调用cons_putc: printfmt.c第95行，参数为字符' '.
   • 第3次调用va_arg: printfmt.c第75行，lflag=0，调用前ap指向z，调用后ap指向z的地址加4的位置。
   • 第13次调用cons_putc: printfmt.c第49行，参数为字符'4'.
   • 第14次调用cons_putc: printfmt.c第95行，参数为字符'\n'.

问题4：判断以下代码的输出

    unsigned int i = 0x00646c72;

    cprintf("H%x Wo%s", 57616, &i);

解答：

1. 输出为“He110 World”。哈哈，这道题很有意思，不过我看见H和Wo就基本猜到是“Hello World”了，不过疑惑l和o不是16进制字符，怎么能表示出来呢？结果是使用1来代替l，使用0来代替o，有创意！简单解释一下：57616转换成16进制就是0xe110.根据ASCII码，i的4个字节从低到高依次为'r', 'l', 'd', '\0'.这里要求主机是小端序才能正常打印出“World”这个单词。

2. 如果是大端字节序，i的值要修改为0x726c6400，而57616这个值不用修改。因为根据printnum函数实现，打印整数时，总是按照从高位到低位来打印的。

问题5：当打印的参数数目小于格式化字符串中需要的参数个数时会怎样？

cprintf("x=%d y=%d", 3);

解答：打印出来的y的值应该是栈中存储x的位置后面4字节代表的值。因为当打印出x的值后，va_arg函数的ap指针指向x的最后一个字节的下一个字节。因此，不管调用cprintf传入几个参数，在解析到"%d"时，va_arg函数就会取当前指针指向的地址作为int型整数的指针返回。

问题6：如果将GCC的调用约定改为参数从左到右压栈，为支持参数数目可变需要怎样修改cprintf函数？

解答：有两种方法。一种是程序员调用cprintf函数时按照从右到左的顺序来传递参数，这种方法不符合我们的阅读习惯、可读性较差。第二种方法是在原接口的最后增加一个int型参数，用来记录所有参数的总长度，这样我们可以根据栈顶元素找到格式化字符串的位置。这种方法需要计算所有参数的总长度，也比较麻烦。。。

疑问

1. 做问题3有个疑问：cprintf的第一个参数（也就是格式化字符串）存储在内存中的哪个位置？