Skip to main content

02 Storage

这篇笔记包含lecture3 information storage相关的内容。

指针和字符大小​

到底哪里提到了指针，address吗

读写操作​

wirte操作类似 write(name, value) 。这说明使用write需要指定两个值：要写入的值（value）、可以追溯到这个值的名称（name）。类似地，read操作需要要读出的名称（name）和内存设备。

内存​

内存是存储设备之一。在内存中，数据的存储大小（size）是固定的，而名称（name）是从0开始的一系列整数，这些整数称作地址（address），整个集合称作地址空间（address space）。

字符大小​

虚拟地址通过固定大小（size）的字符编码。这里的字符大小代表相应种类的字符大小，决定了虚拟地址空间的最大值，也决定了最重要的系统参数。

对于 nn 位机器，虚拟地址的取值可以从 00 到 2n−12^n - 1 。目前的机器大多为64位（8字节），也支持32位（32位将地址限制到4GB）。

下表列出了32位和64位机器中，不同类型所占的位数。

data size

除此之外，还有 intN_t 和 uintN_t 。这一类数据类型在 stdint.h 中，包含 int8_t 、 int16_t 、 int32_t 、 int64_t 和 uint8_t 、 uint16_t 、 uint32_t 、 uint64_t 。

程序可能因为机器位数不同出现bug。C为不同数据类型的数据范围设置了下限，但没有上限。在32位机器上正常工作的程序可能会在64位机器上出问题。

字节顺序​

虚拟内存​

前文提到的内存只是虚拟概念，实际并不存在，只是概念上的图像。事实上，虚拟内存是由软硬件的一系列配合搭建的。

virtual memory

可以将虚拟内存划分为不同部分。

virtual memory units

字节顺序​

在不同芯片中，LSB的位置不同。在big endian中（如Intel），LSB地址最低；在little endian中，LSB地址最高。即，对于 int 变量 a ，若 p 为 a 的地址，big endian会把 p 作为高位，little endian会把 p + 3 作为高位（但是读取范围都是 p 到 p + 3 ）。

这个程序会在little-endian机器上返回1，在big-endian机器返回0。

int is_little_endian(void) {
    int x = 1;
    return (int)(*(char*)&x);
    // 原答案为 !(1 - (int)(*(char*)&x))
}

（ void 表示没有任何参数）

C语言中的对象被简单地视作字节块，而对象指针的值是字节块中第一个字节的虚拟地址。编译器会为不同类型的指针生成不同的机器码（事实上机器码中不含有数据类型的信息）。不同机器可能把LSB放在不同的位置，同一个数据存储会有不同顺序，可能导致错误。显示的显现出字节顺序不过这跟强制类型转换有什么关系，可以让不同机器之间通信。

下面的代码可以将任意整数转为little-endian表示。

byte *to_little_endian(unsigned int num) {
    byte *ret = (byte *)malloc(sizeof(int));
    if (is_little_endian()) {
        memcpy(ret, &num, sizeof(int));
    } else {
        byte *bytes = (byte *)#
        ret[0] = byte[3];
        ret[1] = byte[2];
        ret[2] = byte[1];
        ret[3] = byte[0];
    }
    return ret;
}

对于字符串，由于每个字符只占一字节，字节顺序就不是问题。不过，不同机器的结束符可能不同（linux为00）。

下面是一段打印byte representation的代码。

typedef unsigned char *byte_pointer;

void show_bytes(byte_pointer start, int len)
{
    int i;
    for (i = 0; i < len; i++) {
        printf("0x%p\t0x%.2x\n", start + i, start[i]);
    }
    printf("\n");
}

其中， %p 用于打印指针， %.2x 打印至少输出两位的16进制。