C语言作业解答：位操作与有符号数扩展

"第二章作业解答.md" 在计算机科学中，位操作是低级别的编程技术，用于直接处理二进制数据。本章作业解答涉及到的主要知识点包括逻辑右移、算术右移以及有符号数的扩展。 ### 逻辑右移与算术右移 **逻辑右移（Logical Right Shift）**： 在进行逻辑右移时，原始数值的最右侧填充0。例如，如果x是`0b1010`，并且进行一位逻辑右移，结果将是`0b0100`。在C语言中，`unsigned`类型的逻辑右移可以用`>>`操作符表示。在提供的代码段中，`unsigned srl(unsigned x, int k)`函数实现了逻辑右移，通过创建一个掩码（mask），使得前k位全部为0，然后与x右移k位后的结果进行按位与（&）操作。 **算术右移（Arithmetic Right Shift）**： 算术右移会保留原始数值的符号位，用符号位的复制填充最右侧。对于正数，这相当于逻辑右移；但对于负数，左侧会被填充1。在C语言中，对于`int`类型，`>>`操作符通常表现为算术右移。在代码段中，`int sra(int x, int k)`函数实现了一个考虑符号位的算术右移。首先，通过将x转换为`unsigned`类型进行逻辑右移，然后创建一个掩码，根据x的最高位（符号位）确定填充0还是1，最后将掩码与逻辑右移后的结果按位或（|）操作。 ### 运算符优先级 在编程中，了解运算符的优先级至关重要，因为它们决定了表达式的求值顺序。在某些情况下，不正确的使用括号可能导致意外的结果。例如，当涉及到位操作时，必须明确指出哪些操作应该先进行。 ### 有符号数的扩展 在处理有符号整数时，扩展（extending）一个字节到整个数值范围时，需要考虑符号位。在`xbyte(packed_t word, int byte_num)`函数中，原实现仅提取了最低八位，并没有考虑符号扩展。正确的做法是先将目标字节移动到最高位，然后进行算术右移以保留符号位。例如，对于一个负数，其扩展后的高位应填充1。 ### 类型转换与大小比较 在C语言中，如果一个运算涉及到有符号和无符号类型，无符号类型会占据优势，这意味着有符号类型会被转换为无符号类型。在判断`maxbytes >= (int)`时，`size_t`是无符号类型，如果`maxbytes`是负数，转换后将导致非预期行为。为了避免这个问题，应该显式地将`sizeof`的返回值转换为有符号的`int`类型进行比较。 总结起来，这段作业解答涵盖了位操作的重要概念，包括逻辑右移、算术右移、运算符优先级、有符号数的扩展以及类型转换在比较操作中的影响。理解这些概念对于编写高效且精确的低级别代码至关重要。