信息安全程序设计基础第三周总结

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学习过程：

第二章信息的表示和处理

一、数字表示

    1、 无符号数：编码基于传统的二进制表示法表示大于或等于零的数字。

    2、 补码：编码是表示有符号整数的最常见方法，可以是正或者是负的数字。

    3、 浮点数：编码是表示实数的科学计数法的以二位基数的版本。 

• 三种数字：无符号数、有符号数（2进制补码）、浮点数
•  溢出：计算机的表示法是用有限数量的位来对一个数字编码，当结果太大以至不能表示时，会溢出
• 整数运算：编码的数值范围较小，精确；浮点运算：数值范围较大，近似，不可结合

§1 信息存储

• 最小的可寻址的存储器单位：字节（8位）
• 虚拟存储器、地址、虚拟地址空间（p22）

进制转换

十六进制表示法

十六进制中一个字节的值域为00H~FFH

用0x或0X开头表示十六进制数字常量

快捷算法：要表示的数字常量为x=2^n，n=i+4j，且0≤i≤3时，开头的十六进制数字为1（i=0）、2（i=1）、4（i=2）、8（i=3），后面跟随着j个十六进制的0。这里的j是代表着每四位二进制位对应的十六进制位，而i的范围是因为十六进制中每一位的范围是0-F

二、字

字长：指明整数和指针数据的标称大小。决定虚拟地址空间的最大大小

字长为w，虚拟地址范围为0~2^w-1，程序最多访问2^w个字节，cpu一次处理w位数据

三、数据大小

在不同字长的计算机中，相同的数据类型所占用的字节数不同

在64位机上生成32位代码：gcc -m32

32位与64位机器中的数据大小

四、寻址和字节顺序

多字节对象倍存储为连续的字节序列，对象的地址为所使用字节中最小的地址

字节顺序是网络编程的基础

1.两个通用规则（w为整数，位表示为[Xw-1，Xw-2,……，X1，X0]，其中Xw-1是最高有效位，X0是最低有效位）：

• 小端法：最低有效字节在最前面（大多数Intel兼容机）
• 大端法：最高有效字节在最前面（大多数IBM和Sun Microsystems机器）
• 一些新的微处理器使用双端法

字节内部的顺序不变

反汇编器：确定可执行程序文件所表示的指令序列的工具；将可执行程序文件转换回可读性更好的ASCII码形式的程度

2.强制类型转换

表示字符串

c语言中字符串被编码成为一个以null（值为0）字符结尾的字符数组

命令man ascii：得到ASCII字符码表

表示代码

二进制代码在不同的操作系统上有不同的编码规则。所以二进制代码是不兼容的

布尔代数

1.最简单布尔代数：与& 或| 非~ 异或^（结果为0或1）

2.扩展的布尔运算：位向量的运算（结果仍是位向量）

位向量的应用：表示有限集合，对集合编码

位级运算

1.将位向量按位进行逻辑运算，结果仍是位向量

2.掩码运算

掩码：用来选择性的屏蔽信号，是一个位模式，表示从一个字中选出的位的集合。

用位向量给集合编码，通过指定掩码来有选择的屏蔽或者不屏蔽一些信号，某一位位置上为1时，表明信号i是有效的；0表示该信号被屏蔽。这个掩码就表示有效信号的集合。

0xFF：屏蔽除最低有效字节之外的所有字节。

~0：生成全1的掩码

逻辑运算

1.逻辑运算符：与&&  或||  非！

2.计算方法：所有非零参数都代表TRUE，0参数代表FALSE。1代表TRUE，0代表FALSE

• 只有当参数被限制为0或1时，逻辑运算才与按位运算有相同的行为。
• 如果对第一个参数求值就能确定表达式的结果，逻辑运算符就不会对后面的参数求值。

移位运算

C语言还提供了一组移位运算，以便向左或向右移动位模式。移位运算可以从左向右结合的，所以x<<j<<k等价于（x<<j）<<k。

一般而言，机器支持两种形式的右移：逻辑右移和算数右移。逻辑右移在最左端补k个0，算数右移在最左端补k各最高有效位的值。

C语言标准没有明确定义应该使用哪种类型的右移。对于无符号数据，右移必须是逻辑的。对于有符号数据，算数的或者逻辑的右移都可以。

C语言中有符号数和无符号数的转换

位向量不变，只是上下文的读取方式不同，所以根据不同的读取规则，最终的读取结果也不同。这就是所谓的信息就是位+上下文。

注：c语言中要创建一个无符号常量，必须加上后缀字符‘U‘或者‘u‘。

  转换的原则是底层的位表示保持不变。

怎么让负数等于正数

 将有符号负数转化为无符号正数，变的只是上下文的读取方式，但二进制位级表示是一样的。

零扩展和符号扩展

零扩展：将一个无符号数转换为一个更大的数据类型，我们只需要简单地在开头添加0。

号扩展：将一个补码数字转换为一个更大的数据类型，规则是在表示中添加最高有效位的值的副本。

无符号数与有符号数容易造成的错误

例：以下一段代码

float sum_elements(float a[],unsigned length){

    int i;

    float result=0;

    for(i=0;i<=length-1;i++)

        result+=a[i];

    return result;

}

因为参数length是无符号的，计算0-1将进行无符号运算，这等价于模数加法。结果得到UMax。<=比较进行同样使用无符号数比较，而因为任何数都是小于或者等于UMax的，所以这个比较总是为真！因此，代码将试图访问数组a的非法元素。

改正方法：1.将length声明为int类型。

2.或将for循环的测试条件改为i<length。

整数溢出

整数溢出：指完整的整数结果不能放到数据类型限制的字长中去。

避免整数溢出：当两个整数进行运算时，其结果用更大的数据类型进行存储。比如两个int类型的整数相乘的结果用long long数据类型的变量来存储。

关于整数运算的思考

计算机执行的"整数"运算实际上是一种模运算形式。表示数字的有限字长限制了可能的值的取值范围，结果运算可能溢出。

补码提供了一种既能表示负数也能表示正数的灵活方法，同时使用了与执行无符号算数相同的位级实现，这些运算包括加减乘除，无论是以无符号形式还是以补码形式表示的，都有完全一样或者非常类似的位级行为。

浮点数

浮点表示对形如V=x*的有理数进行编码。它对涉及非常大的数字（|    V|>>0）、非常接近于0（|V|<<1）的数字，以及更普遍地作为实数运算的近似值的计算，是很有用的。

浮点数的运算及执行标准：IEEE标准754。

 浮点数运算的不精确性和舍入

  当一个数字不能精确地表示为IEEE标准754时，就必须向上或者向下调整，此时出现舍入。

 IEEE浮点标准，float和double类型p70

    单精度浮点格式（float）中，s、exp和frac字段分别为1位、k=8位和n=23位，得到一个32位的表示。

    双精度浮点格式（double）中，s、exp和frac字段分别为1位、k=11位和n=52位，得到一个64位的表示。

整数与浮点数转换规则

当在int、float和double格式之间进行强制类型转换时，程序改变数值和位模式的原则如下（假设int是32位的）：

1. 从int转换成float，数字不会溢出，但是可能被舍入。
2. 从int或float转换成double，因为double有更大的范围（也就是可表示值的范围），也有更高的精度（也就是有效位数），所以能够保留精确的数值。
3. 从double转换成float，因为范围要小一些，所以值可能溢出为+∞或-∞。另外由于精确度较小，它还可能被舍入。
4. 从float或者double转换为int，值将会向零舍入。

练习：

p24进制转换代码

十进制转十六进制

源文件代码

十六进制转十进制

源文件代码

p44 代码放到一个main函数中

源文件代码

遇到的问题：

编译书上代码时出错了，但是照着书上检查了，一行一行的，没什么错误，试着把最后一行注释掉了，就行了，不太懂

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原文地址：http://www.cnblogs.com/baka/p/4857341.html