本文主要是介绍西工大网络空间安全学院计算机系统基础实验一（123），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
在实验零中，我们拿到了lab1-handout.zip压缩文件，接着，我们使用unzip ./lab1-handout.zip命令，解压缩该压缩文件。解压缩成功后，使用"ls"命令查看当前工作目录下的文件和文件夹，发现得到了"lab1-handout"文件夹，如（图1：解压缩实验一文件）所示。在这里注意，zip格式的压缩文件常用于Windows系统，在Linux系统中很少用到（Ubuntu系统是Linux系统的一种，其它Linux系统还有很多，比如CentOS7, CentOS8 Stream, OpenSUSE, Fedora, Ubuntu, Debian等，以及大三上做网络空间安全攻防实验时，会用到专门用做网络攻击的Kali系统，以及国外的网络安全网站Try Hacke Me专门推出的Parrot系统，还有Redhat推出的RHEL系统，都属于Linux系统。在这里不要贪多，专精一种系统就可以。我一直选择的是CentOS8 Stream系统，因为它受Redhat支持，而Redhat是很知名的Linux解决方案提供商）Linux系统中常用的压缩文件格式一般为什么什么.tar.gz，而解压缩这些压缩文件的方法为"tar xzvf 什么什么.tar.gz"。在这里你不需要知道'tar'命令是干什么的，你也不需要知道'xzvf'四个参数分别都是做什么用的，你现在只需要记住这条命令即可，后续会讲到'tar'命令以及'xzvf'四个参数。
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（图1：解压缩实验一文件）
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解压缩该.zip文件之后，使用'cd'命令进入到该文件夹中， 然后使用'ls'命令查看该文件夹中的内容，发现有很多很多很多文件，无从下手，如（图2：实验一文件夹中的很多文件）所示。但是注意到其中包含一份README文件。注意！当我们拿到一份开源软件文件夹时，需要做的第一件事，就是去看它的README文件，了解这份开源软件是做什么用的、它的内部组成是什么、每份文件的用途是什么、该如何编译它、该如何使用它、各个选项及参数该如何使用等，而不是直接去看自己熟悉的.c文件。使用cat README命令，即可以读取README文件的内容。同样如果有一份名为1.txt的文件，使用cat 1.txt可以读取1.txt的内容；如果有一份名为2.txt的文件，可以使用cat 2.txt读取2.txt的内容；如果有一份名为3.txt的文件，可以使用cat 3.txt读取3.txt的内容......但是考虑到使用cat命令阅读README文件是困难的，我们选择使用'less README'命令来阅读README文件。如（图3：使用less命令阅读README文件）所示。在使用less命令阅读README文件时，按下”上“键即可阅读上面一行，按下”下“键即可阅读下面一行，按下"Pg up"键即可向上翻页，按下"Pg down"键即可向下翻页，按下’Q‘键即可结束阅读。注意，即使README文件是英文，也不要害怕读它，耐下性子慢慢读，千万千万不要着急，就能读懂。
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（图2：实验一文件夹中的很多文件）
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（图3：使用less命令阅读README文件）
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大概阅读完成README文件之后，我们知道我们只需要修改一个文件的内容，其余文件的内容都不需要修改，而这个文件的名称就是"bits.c"。虽然README文件中还有很多很多内容，但是我们不要着急，一条一条慢慢看，耐下性子慢慢看，最终一定能做出来哒。保证当前目录就是包含有bits.c文件的目录（使用ls命令查看当前文件夹下的所有文件，使用cd命令进入一个文件夹，使用pwd命令显示出当前所在的文件夹），然后使用"less bits.c"命令，查看bits.c文件的内容，如（图4：使用less命令查看bits.c文件的内容）所示。
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（图4：使用less命令查看bits.c文件的内容）
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首先我们看到了一大段注释，如（图5：bits.c文件开头的一段注释）所示。这段注释对我们唯一有用的信息是，不要在文件中写入"#include<stdio.h>"这条语句，即使会使用"printf()"函数用来帮助写程序改错，也不要引入"#include<stdio.h>"这条语句。即使程序会给出警告，说必须先声明printf()，才能够再使用printf()。（因为如果不包含stdio.h头文件，就直接使用printf函数，则编译器不会知道printf()函数的具体原型，所以编译器会发出警告）这就引入了第1个要点：不要使用"#include <stdio.h>"。
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（图5：bits.c文件开头的一段注释）
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接下来是阅读步骤一。它针对整型数和浮点数，分别制定了整型数编码规则和浮点数编码规则。总结出来即为两个要点。接着要点1：不要使用"#include <stdio.h>"，我们可以得到要点2与要点3：
要点2：对于整型数，只能使用& ^ | + << >> ! ~这八个运算符，只能定义并使用int型的局部变量以及函数参数变量，只能使用0x0到0xFF的int型常量；
要点3：对于浮点数，只能使用& ^ | + << >> ! ~这八个运算符，可以定义并使用int型或unsigned int型的局部变量以及函数参数变量，可以使用任意有符号整型与无符号整型常量，可以使用循环与条件判断。
如（图6：阅读步骤一时的一个小部分）所示，即使看起来很多，但其实浓缩下来，只有要点2与要点3，所以不需要因为自己C语言基础不好而感觉到害怕，大胆继续往下走就可以。
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（图6：阅读步骤一时的一个小部分）
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因为使用命令"less bits.c"来阅读bits.c文件时，没有显示出来行号，不利于阅读，所以我们使用命令"cat -n bits.c | less"来阅读bits.c文件，"cat -n bits.c"中的选项"-n"表示显示出来行号，"cat -n bits.c | less"表示可以翻页得去阅读bits.c文件，而不是一下子展示出来。如（图7："cat -n bits.c | less"）所示。我们定位到第169行，准备编写第一个函数tmin，如（图8：第一个函数tmin）所示。
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（图7："cat -n bits.c | less"）
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（图8：第一个函数tmin）
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在包含Ubuntu系统在内的所有Linux系统中修改一个文本文件的内容的方法有很多，我习惯使用命令行vim工具（对于运维人员来说，vim工具是最简单最高效的工具，即使在没有开启图形化界面的情况下，也可以使用vim工具来编辑文本文件），但是考虑到vim工具用法有些复杂，而且现在时间紧迫，下周就要交，所以选择使用VS code。 在大一上的寒假，可以去学习vim工具的使用。用VS code打开bits.c文件，如（图9：用VS code打开bits.c文件）所示。
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（图9：用VS code打开bits.c文件）
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通过使用VS code工具浏览bits.c文件，我们了解到，我们一共需要编写15个函数，下面我们一个接一个慢慢编写：
第一个函数int tmin(void)，要求返回最小的用补码形式表示的有符号整数。而最小的用补码形式表示的有符号整数即为0x8000 0000，但是如果简单的"return 0x80000000"，程序将会报错，为什么呢？因为根据要点2，对于整型数来说，只能使用0x0到0xFF的int型常量。那么我们可以怎么做呢？不妨考虑考虑0x80与0x8000 0000之间的关系，发现"0x80<<24"的结果，不就是0x80000000嘛？而且我们使用python验证我们的推断（图10：使用python验证0x80<<24=0x80000000），发现我们的推断是正确的。所以我们只修改bits.c中的第176行，注意，只修改了第176行！！！，如（图11：第1个函数——修改bits.c中的第176行）所示。接着保存并退出VS code。
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（图10：使用python验证0x80<<24=0x80000000）
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（图11：第1个函数——修改bits.c中的第176行）
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接着按照README中的指示，使用实验一文件夹中自带的"dlc"文件检查bits.c文件中我们所写的tmin函数是否满足对于运算符等的要求。但是因为dlc文件默认是没有可执行权限的，所以我们需要使用命令"chmod u+x dlc"，使得dlc对于拥有者来说，具有可执行权限。"chmod"表示修改文件或者文件夹的权限，"u+x" 表示对于user拥有者来说，增加一个"x"权限，"x"权限即为可执行权限。接着按照README中给出的样例，键入命令"./dlc bits.c"，发现没有任何输出。而根据README的指示，如果没有任何输出，就证明bits.c文件中我们所写的tmin函数满足对于运算符等的要求。键入命令"./dlc -e bits.c"，统计每个函数中所使用到的运算符的个数，发现我们所写的第一个函数只使用了1个运算符。如（图12：第1个函数——首先检查tmin函数是否满足对于运算符等的要求）所示。
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（图12：第1个函数——首先检查tmin函数是否满足对于运算符等的要求）
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接着按照README中的指示，使用"make btest"命令编译文件，忽略出现的警告（虽然在C语言课上，老师要求大家不要留下任何一个警告，要努力去修改好它，但是考虑到这种修改好这种警告的办法比较复杂，所以既然它不影响程序的执行，那么我们可以简单的忽略掉它），并且使用"./btest -f tmin" 命令检查名为"tmin"的函数是否正确，选项"-f"指定了被检查的文件的名称为"tmin"。根据命令"./btest -f tmin" 的结果，发现没有错误，所以认为第1个函数"tmin"做完了。如（图13：第1个函数——接着检查tmin函数能否输出正确的结果）所示。
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（图13：第1个函数——接着检查tmin函数能否输出正确的结果）
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接着第2个函数， "int absVal(int x)"，要求给出有符号整型变量x的绝对值。我们来分析，如果是正数或者0的话，其16进制表示必将小于0x8000 0000，这时直接返回x就可以。比如x=0x1234 5678，那就可以只需返回0x1234 5678而如果是负数的话，比如-2，其16进制表示形式即为0xFFFF FFFE，这时我们该怎么做，才能够让0xFFFF FFFE变为0x0000 0002呢？发现0xFFFF FFFE各位取反（~），之后再加1，即可得到0x0000 0002，这时需要返回~x+1（不需要加括号的原因是，按位取反~的优先级大于+，如（图14：C语言中各运算符的优先级）所示）。那么如何将这两种情况结合在一起呢？（毕竟根据要点2，整型数的相关规则规定，不允许使用条件判断）只好通过判断最高位，也就是通过判断符号位，来确定该返回x呢，还是该返回~x+1。可以利用flag=((0x1<<31)&x)>>31来判断符号位，如果x是正数，则0x1<<31=0x8000 0000，(0x1<<31)&x=0x0000 0000，((0x1<<31)&x)>>31=0x0000 0000；如果x是负数，则0x1<<31=0x8000 0000，(0x1<<31)&x=0x8000 0000，((0x1<<31)&x)>>31=0xFFFF FFFF（根据README，已经说明右移为算术右移，即最高位是1，则右移31位后结果为0xFFFF FFFF）。最后返回flag&(~x+1)|~flag&x（这里不需要加括号，因为&的优先级大于|），如果x是正数，flag为0x0，则flag&(~x+1)的结果也为0，~flag为0xFFFF FFFF，~flag&x的结果为x，flag&(~x+1)|~flag&x返回x；如果x是负数，flag为0xFFFF FFFF，flag&(~x+1)的结果为~x+1，~flag为0x0，~flag&x为0，flag&(~x+1)|~flag&x返回~x+1（作者实在想不出更好的解决方法了）。只修改bits.c的第187行，如（图15：第2个函数——修改bits.c中的第187行）所示，保存VS code。接着按照README中的指示，使用命令"./dlc -e bits.c"判断函数absVal是否满足对于运算符等的要求，如（图16：第2个函数——首先检查absVal函数是否满足对于运算符等的要求）所示，发现编译成功，即使有两个警告（这两个警告可以被忽略掉，因为这个警告是害怕我们搞混|与&的优先级）。接着按照README中的指示，先后使用"make clean"与"make btest"命令（作者也不知道这两个命令是做什么用的，等到后面有时间了，可以再慢慢研究），再使用命令"./btest -f absVal"检查absVal函数能否产生正确的结果。如（图17：第2个函数——接着检查absVal函数能否输出正确的结果）所示，成功。
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（图14：C语言中各运算符的优先级）
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（图15：第2个函数——修改bits.c中的第187行）
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（图16：第2个函数——首先检查absVal函数是否满足对于运算符等的要求）
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（图17：第2个函数——接着检查absVal函数能否输出正确的结果）
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接着第3个函数，int bitAnd(int x, int y)，只使用~与|两个运算符，实现x&y。从最简单的方法开始，0&0=0, 0&1=0, 1&0=0, 1&1=1，如何只使用~与|来实现x&y呢？很容易发现，0|0=0, 0|1=1, 1|0=1, 1|1=1，把这四个新的式子调换顺序，即1|1=1, 1|0=1, 0|1=1, 0|0=0，即(~0)|(~0)=1, (~0)|(~1)=1, (~1)|(~0)=1, (~1)|(~1)=0, 进而~((~0)|(~0))=0, ~((~0)|(~1))=0, ~((~1)|(~0))=0, ~((~1)|(~1))=1。所以我们猜测，x&y=~(~x|~y)。使用Python验证想法。如（图18：第3个函数——用Python验证想法）所示，我们的想法是正确的。重复与第1、2个函数相同的做法，如（图19：第3个函数） 所示，第3个函数成功。
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（图18：第3个函数——用Python验证想法）
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（图19：第3个函数）
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这篇关于西工大网络空间安全学院计算机系统基础实验一（123）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
