计算机体系结构实验：仅用基本运算符实现整数操作

在《深入理解计算机系统》Lab1:Data Lab（一）的计算机整数编码实验中，学生们被要求利用有限的操作符集进行编程挑战。这个实验着重于基础的位操作和整数编码理解，同时也考察了对计算机底层原理的掌握。 首先，实验1要求实现一个名为`intbitAnd`的函数，目标是使用单目运算符`~`和双目运算符`|`来模拟`int x & int y`的按位与操作。通过将两个输入变量取反后进行按位或运算，再取反一次，就可以得到相同的结果，这是因为按位与操作的本质是两个输入位都是1时结果才为1，这与按位或的逻辑正好相反。 实验2涉及的是`intgetByte`函数，任务是从给定的整数`x`中提取第`n`个字节，其中`n`从低位到高位，从0开始计数。通过将`n`左移3位（相当于乘以8），然后进行右移操作，最后与0xFF进行按位与，即可获取指定位置的字节。这个过程体现了位操作在数据提取中的应用。 接下来的实验3是`intlogicalShift`，要求将整数`x`逻辑右移`n`位（0 <= n <= 31），仅使用20个操作符。逻辑右移与算术右移的区别在于填充高位的值不同：逻辑右移用0填充，而算术右移用符号位填充。由于C语言中`>>`运算符用于实现两者，但这里需要明确整数的有符号或无符号性质来决定编译器执行的是哪种类型的移位。 最后，实验4的难点在于`intbitCount`函数，目标是统计整数`x`二进制表示中的1的个数，但不允许使用控制结构如`if`、`while`、`for`或`switch`，只能使用单目运算符`!`、`~`和双目运算符`&`、`^`、`|`、`+`、`<<`、`>>`。解决这个问题的一种策略是使用分治法，将原问题分解为子问题，比如对于32位整数，可以先处理最右边的16位，然后递归地处理剩余部分，直到所有位都被检查。 这些实验不仅锻炼了学生的编程技能，还让他们深入了解计算机底层的位操作和整数编码机制，加深了对计算机组成与体系结构的理解。通过实践，学生能更好地掌握如何在受限条件下实现复杂的逻辑操作。