《C Primer Plus》第15章复习题与编程练习
复习题
1. 将下列十进制数转换为二进制形式：
a. 3
b. 13
c. 59
d. 119
答：
a. 11
b. 1101
c. 111011
d. 1110111
2. 将下列二进制值转换为十进制、八进制和十六进制形式：
a. 00010101
b. 01010101
c. 01001100
d. 10011101
答：
a. 21, 025, 0x15
b. 85, 0125, 0x55
c. 76, 0114, 0x4C
d. 157, 0235, 0x9D
3. 计算下列表达式；假设每个值为8位：
a. ~ 3
b. 3 & 6
c. 3 | 6
d. 1 | 6
e. 3 ^ 6
f. 7 >> 1
g. 7 << 2
答：
a. 252
d. 2
c. 7
d. 7
e. 5
f. 3
g. 28
4. 计算下列表达式；假设每个值为8位：
a. ~ 0
b. !0
c. 2 & 4
d. 2 && 4
e. 2 | 4
f.2 || 4
g. 5 << 3
答：
a. 255
b. 1
c. 0
d. 1
e. 6
f. 1
g. 40
5. 因为ASCII码仅使用最后的7位，所以有时需要屏蔽掉其他位。相应的二进制掩码是什么？分别以十进制、八进制和十六进制形式如何表示这个掩码？
答：掩码在二进制中为1111111。它的十进制表示为127，八进制表示为0177，十六进制表示为0x7F。
6. 在程序清单15.2中，可以做以下替换，把：
while(bits-- > 0)
{
mask |= bitval;
bitval <<= 1;
}
用：
while(bits-- > 0)
{
mask |= bitval;
bitval *= 2;
}
替换，而程序仍将工作。这是否意味着*= 2等同于<<= 1？|=和+=又怎样？
答：
bitval *= 2和bitval << 1都把bitval的当前值加倍，所以他们是等效的。但是mask += bitval和mask |= bitval只有在bitval和mask没有同时设置为打开的位时才具有相同的效果。例如，2 | 4 = 6，但是3 | 6 = 7。
7. 考虑下面的程序段：
a. Tinkerbell计算机有一个硬件字节，可以将该字节读入程序。该字节包括下列信息：
| 位 | 含义 |
|---|---|
| 0~1 | 1.4MB软盘驱动器数量 |
| 2 | 未使用 |
| 3~4 | CD-ROM驱动器数量 |
| 5 | 未使用 |
| 6~7 | 硬盘驱动器数量 |
Tinkerbell和IBM PC一样从右到左填充结构位字段。创建一个适于存放该信息的位字段模板。
b. Klinkerbell与Tinkerbell类似，但它从左到右填充结构。请为Klinkerbell创建相应的位字段模板。
答：
a.
struct tinkerbell {
unsigned int diskdrivers : 2;
unsigned int : 1;
unsigned int cdromdrivers: 2;
unsigned int : 1;
unsigned int harddrivers : 2;
};
b.
struct klinkerbell {
unsigned int harddrivers : 2;
unsigned int : 1;
unsigned int cdromdrivers: 2;
unsigned int : 1;
unsigned int diskdrivers : 2;
};
复习题
1. 把二进制字符串转换为一个数值
编写一个函数，把二进制字符串转换为一个数值。例如，有下面的语句:
char * pbin = “01001001”;
那么把pbin作为参数传递给该函数后，它应该返回一个int类型的值73。
程序：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
int stoi(char *s);
int main()
{
char *pbin = "01001001";
printf("%s = %d\n", pbin, stoi(pbin));
system("pause");
return 0;
}
int stoi(char *s)
{
int len = strlen(s);
int ans = 0;
for (int i = 0; i < len; i++)
if (s[i] == '1')
ans += pow(2, len - 1 - i);
return ans;
}
运行结果：
2. ~运算符、&运算符、|运算符和^运算符
编写一个程序，通过命令行参数读取两个二进制字符串，对这两个二进制数使用~运算符、&运算符、|运算符和^运算符，并以二进制字符串形式打印结果(如果无法使用命令行环境，可以通过交互式让程序读取字符串)。
程序：
#include <stdio.h> //提供CHAR_BIT的定义，表示每字节的位数，在这是8位
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <limits.h>
const int SIZE = CHAR_BIT * sizeof(int);
const int LEN = SIZE + 1; // 字符数组最大长度33，最后一个是空字符
char *s_gets(char *s, int n);
bool check(const char *s);
int btoi(const char *s);
char *itob(char *s, int n);
int main()
{
char input1[LEN], input2[LEN]; // 二进制字符串
char temp[LEN]; // 临时数组
int num1, num2; // 字符串的十进制值
printf("Please enter the first binary string: ");
while (s_gets(input1, LEN) && check(input1) == false)
{
printf("Error! Try again: ");
}
printf("Please enter the second binary string: ");
while (s_gets(input2, LEN) && check(input2) == false)
{
printf("Error! Try again: ");
}
num1 = btoi(input1);
num2 = btoi(input2);
printf("~%s = %s\n", input1, itob(temp, ~num1));
printf("~%s = %s\n", input2, itob(temp, ~num2));
printf("%s & %s = %s\n", input1, input2, itob(temp, (num1 & num2)));
printf("%s | %s = %s\n", input1, input2, itob(temp, (num1 | num2)));
printf("%s ^ %s = %s\n", input1, input2, itob(temp, (num1 ^ num2)));
system("pause");
return 0;
}
char *s_gets(char *s, int n) // 输入字符串
{
char *ret_val;
char *find;
ret_val = fgets(s, n, stdin);
if (ret_val)
{
find = strchr(s, '\n');
if (find)
{
*find = '\0';
}
else
{
while (getchar() != '\n')
{
continue;
}
}
}
return ret_val;
}
bool check(const char *s) // 检查输入的字符串是否都为'0'和'1'
{
bool is_bin = true; // 标记
while (is_bin && *s != '\0') // 标记为1且没到字符串末尾
{
if (*s != '0' && *s != '1')
{
is_bin = false; // 字符串不是二进制，标记为0
}
s++;
}
return is_bin;
}
int btoi(const char *s)
{
int total = 0; // 计数，计算二进制字符串的十进制值
while (*s != '\0') // 没到字符串末尾
{
total = total * 2 + (*s - '0');
s++;
}
return total;
}
char *itob(char *s, int n) // 十进制转成二进制字符串
{
for (int i = SIZE - 1; i >= 0; i--) // 从字符串右端开始
{
s[i] = (01 & n) + '0'; // 掩码01，获取十进制在该位的值
n >>= 1;
}
s[SIZE] = '\0'; // 结尾
return s;
}
运行结果：
另一种程序，使用命令行接收参数：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#include <limits.h> // for CHAR_BIT 一个char的位数
#include <string.h>
int bstr_to_dec(const char * str);
char * itobs(int n, char * ps);
void show_bstr(const char * str);
int main(int argc, char *argv[])
{
const size_t SLEN = CHAR_BIT * sizeof(int) + 1;
char bin_str[SLEN];
int value0, value1, value3;
if(argc != 3)
{
printf("输入格式错误!\n");
printf("请按照\"%s 字符串 字符串\"格式输入\n");
exit(1);
}
value0 = bstr_to_dec(argv[1]);
value1 = bstr_to_dec(argv[2]);
printf("~%s = ", argv[1]);
show_bstr(itobs(~value0, bin_str));
printf("\n~%s = ", argv[2]);
show_bstr(itobs(~value1, bin_str));
value3 = value0 & value1;
printf("\n%s & %s = ", argv[1], argv[2]);
show_bstr(itobs(value3, bin_str));
value3 = value0 | value1;
printf("\n%s | %s = ", argv[1], argv[2]);
show_bstr(itobs(value3, bin_str));
value3 = value0 ^ value1;
printf("\n%s ^ %s = ", argv[1], argv[2]);
show_bstr(itobs(value3, bin_str));
return 0;
}
int bstr_to_dec(const char * str)
{
int val = 0;
while(*str != '\0')
val = 2 * val + (*str++ - '0'); // 二进制——>十进制太神奇了
return val;
}
char * itobs(int n, char * ps)
{
int i;
static int size = CHAR_BIT * sizeof(int);
for(i = size - 1; i >= 0; i--, n >>= 1)
ps[i] = (01 & n) + '0';
ps[size] = '\0';
return ps;
}
/* 4位一组显示二进制字符串 */
void show_bstr(const char * str)
{
int i = 0;
while(str[i])
{
putchar(str[i]);
if(++i % 4 == 0 && str[i])
putchar(' ');
}
}
3. 打开位的数量
编写一个函数，接受一个int类型的参数，并返回该参数中打开位的数量。在一个程序中测试该函数。
程序：
#include <stdio.h> //提供CHAR_BIT的定义，表示每字节的位数，在这是8位
#include <stdlib.h>
#include <limits.h>
const int SIZE = CHAR_BIT * sizeof(int);
char *itob(char *s, int n);
int bit_num(int n);
int main()
{
int num;
char temp[SIZE + 1];
printf("Please input an integer: ");
while (scanf("%d", &num) != 1 || getchar() != '\n')
{
while (getchar() != '\n')
{
continue;
}
printf("Error! Try again: ");
}
printf("%d = %s, open bit:%d\n", num, itob(temp, num), bit_num(num));
system("pause");
return 0;
}
char *itob(char *s, int n) // 十进制转成二进制字符串
{
for (int i = SIZE - 1; i >= 0; i--) // 从字符串右端开始
{
s[i] = (01 & n) + '0'; // 掩码01，获取十进制在该位的值
n >>= 1; // 十进制右移一位
}
s[SIZE] = '\0'; // 结尾
return s;
}
int bit_num(int n)
{
int count = 0;
for (int i = 0; i < SIZE; i++) // 从字符串右端开始
{
if ((01 & n) == 1) // 如果十进制n的最后一位为1
{
count++;
}
n >>= 1; // 右移一位
}
return count;
}
运行结果：
4. 位检测
编写一个程序，接受两个int类型的参数:一个是值;一个是位的位置。如果指定位的位置为1,该函数返回1; 否则返回0。在一个程序中测试该函数。
程序：
#include <stdio.h> //提供CHAR_BIT的定义，表示每字节的位数，在这是8位
#include <stdlib.h>
#include <limits.h>
const int SIZE = CHAR_BIT * sizeof(int);
char *itob(char *s, int n);
bool is_open(int num, int index);
int main()
{
int num, index;
char temp[SIZE + 1];
printf("Please input an integer: ");
while (scanf("%d", &num) != 1 || getchar() != '\n')
{
while (getchar() != '\n')
{
continue;
}
printf("Input integer error! Try again: ");
}
printf("Please input the index: ");
while (scanf("%d", &index) != 1 || (!(index >= 0 && index <= 31)) || getchar() != '\n')
{
while (getchar() != '\n')
{
continue;
}
printf("Input index error! Try again: ");
}
printf("%d = %s\nThe position of the specified bit is %d\n", num, itob(temp, num), is_open(num, index));
system("pause");
return 0;
}
char *itob(char *s, int n) // 十进制转成二进制字符串
{
for (int i = SIZE - 1; i >= 0; i--) // 从字符串右端开始
{
s[i] = (01 & n) + '0'; // 掩码01，获取十进制在该位的值
n >>= 1; // 十进制右移一位
}
s[SIZE] = '\0'; // 结尾
return s;
}
bool is_open(int num, int index)
{
num >>= index;
if ((01 & num) == 1)
return true;
else
return false;
}
运行结果：
5. 左旋位
编写一个函数，把一个unsigned int类型值中的所有位向左旋转指定数量的位。例如，rotate_1(x, 4)把x中所有位向左移动4个位置，而且从最左端移出的位会重新出现在右端。也就是说，把高阶位移出的位放入低阶位。在一个程序中测试该函数。
程序：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <limits.h> // for CHAR_BIT（一个char的位数）
const int SIZE = CHAR_BIT * sizeof(int);
char *itobs(char *s, int n);
unsigned int rotate_1(unsigned int n, unsigned int b);
int main()
{
char bin_str1[SIZE + 1], bin_str2[SIZE + 1];
unsigned int number, count, result;
printf("Enter an integer (q to quit): \n");
while (scanf("%d", &number))
{
printf("Enter the number of bits to be rotated: \n");
if (scanf("%d", &count) != 1)
break;
result = rotate_1(number, count);
itobs(bin_str1, number);
itobs(bin_str2, result);
printf("%u rotated is %u.\n", number, result);
printf("%s rotated is %s.\n", bin_str1, bin_str2);
printf("Enter an integer (q to quit): \n");
}
system("pause");
return 0;
}
char *itobs(char *s, int n)
{
for (int i = SIZE - 1; i >= 0; i--, n >>= 1)
s[i] = (01 & n) + '0';
s[SIZE] = '\0';
return s;
}
unsigned int rotate_1(unsigned int n, unsigned int b)
{
unsigned int overflow;
b %= SIZE;
overflow = n >> (SIZE - b);
return (n << b) | overflow;
}
运行结果：
6.
设计一个位字段结构以储存下面的信息。
字体ID: 0~255之间的一个数;
字体大小: 0~127之间的一个数;
对齐: 0~2之间的一个数，表示左对齐、居中、右对齐;
加粗: 开(1)或闭(0);
斜体: 开(1)或闭(0);
下划线: 开(1)或闭(0);
在一个程序中使用该结构来打印字体参数，并使用循环菜单来让用户改变参数。例如，该程序的一个运行示例如下：
ID SIZE ALIGNMENT B I U
1 12 left off off off
f)change font s)change size a)change alignment
b)toggle bold i)toggle italic u)toggle underline
q)quit
s
Enter font size (0-127): 36
ID SIZE ALIGNMENT B I U
1 36 left off off off
f)change font s)change size a)change alignment
b)toggle bold i)toggle italic u)toggle underline
q)quit
a
Select alignment:
l)1eft c)center r)right
r
ID SIZE ALIGNMENT B I U
1 36 right off off off
f)change font s)change size a)change alignment
b)toggle bold i)toggle italic u)toggle underline
q)quit
i
ID SIZE ALIGNMENT B I U
1 36 right off on off
f)change font s)change size a)change alignment
b)toggle bold i)toggle italic u)toggle underline
q)quit
q
Bye!
该程序要使用按位与运算符(&)和合适的掩码来把字体ID和字体大小信息转换到指定的范围内。
程序：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
/* 字体是否粗体 */
#define BOLD_ON 1
#define BOLD_OFF 0
/* 字体对齐方式 */
#define LEFT 0
#define RIGHT 1
#define CENTER 2
/* 字体是否斜体 */
#define ITALIC_ON 1
#define ITALIC_OFF 0
/* 字体是否有下划线 */
#define UNDERLINE_ON 1
#define UNDERLINE_OFF 0
#define MASK 0xFFFFFF00
#define MASK1 0xFFFF80FF
struct font
{
unsigned int font_id : 8;
unsigned int font_size : 7;
unsigned int : 1;
unsigned int alignment : 2;
unsigned int bold : 1;
unsigned int italic : 1;
unsigned int underline : 1;
unsigned int : 3;
};
void show(const struct font *ft);
int getlet(const char *);
int getmenu(void);
void eatline(void);
int main()
{
struct font ft = {1, 12, LEFT, BOLD_OFF, ITALIC_OFF, UNDERLINE_OFF}; // 初始化font结构
int choice;
int id, size, align;
show(&ft);
putchar('\n');
while ((choice = getmenu()) != 'q')
{
switch (choice)
{
case 'f':
printf("Enter font id (0-255): ");
while (scanf("%d", &id) != 1 || id < 0 || id > 255)
{
printf("您输入的不是一个整数，或者范围不在0到255之间\n");
while (getchar() != '\n')
;
continue;
printf("Enter font id (0-255): ");
}
eatline();
ft.font_id = (ft.font_id & MASK) | id;
putchar('\n');
show(&ft);
break;
case 's':
printf("Enter font size (0-127): ");
while (scanf("%d", &size) != 1 || size < 0 || size > 255)
{
printf("您输入的不是一个整数，或者范围不在0到127之间\n");
while (getchar() != '\n')
;
continue;
printf("Enter font size (0-127): ");
}
eatline();
ft.font_size = ((ft.font_size & MASK1) >> 8) | size;
putchar('\n');
show(&ft);
break;
case 'a':
printf("Select alignment: \n");
puts("l) left c) center r)right");
align = getlet("lcr");
switch (align)
{
case 'l':
ft.alignment = LEFT;
break;
case 'c':
ft.alignment = CENTER;
break;
case 'r':
ft.alignment = RIGHT;
break;
}
putchar('\n');
show(&ft);
break;
case 'b':
ft.bold = BOLD_ON;
putchar('\n');
show(&ft);
break;
case 'i':
ft.italic = ITALIC_ON;
putchar('\n');
show(&ft);
break;
case 'u':
ft.underline = UNDERLINE_ON;
putchar('\n');
show(&ft);
break;
}
}
puts("Bye!");
system("pause");
return 0;
}
void show(const struct font *ft)
{
printf("ID\tSIZE\tALIGNMENT\tB\tI\tU\n");
printf("%d\t%d", ft->font_id, ft->font_size);
switch (ft->alignment)
{
case LEFT:
printf("%10s", "left");
break;
case RIGHT:
printf("%10s", "right");
break;
case CENTER:
printf("%10s", "center");
break;
default:
printf("unknown alignment");
}
printf("%14s%8s%8s\n", ft->bold == BOLD_OFF ? "off" : "on",
ft->italic == ITALIC_OFF ? "off" : "on",
ft->underline == UNDERLINE_OFF ? "off" : "on");
printf("\n");
}
int getlet(const char *s)
{
char c;
c = getchar();
while (strchr(s, c) == NULL)
{
printf("请您在%s这串字符串中输入一个字符: \n", s);
while (getchar() != '\n')
continue;
c = getchar();
}
while (getchar() != '\n')
continue;
return c;
}
int getmenu(void)
{
int i;
const char *str[7] = {
"change font",
"change size",
"change alignment",
"toggle bold",
"toggle italic",
"toggle underline",
"quit"};
const char pstr[8] = "fsabiuq";
for (i = 0; i < 7; i++)
{
printf("%c) %s ", pstr[i], str[i]);
if (i % 3 == 2)
putchar('\n');
}
if (i % 3 != 0)
putchar('\n');
return getlet(pstr);
}
void eatline(void)
{
while (getchar() != '\n')
continue;
}
运行结果：
7. 使用按位运算符管理结构信息
编写一个与编程练习6功能相同的程序，使用unsigned long类型的变量储存字体信息，并且使用按位运算符而不是位成员来管理这些信息。
程序：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>
#define UNDERLINE 0x80000 // 1000 0000 0000 0000 0000
#define ITALIC 0x40000 // 0100 0000 0000 0000 0000
#define BOLD 0x20000 // 0010 0000 0000 0000 0000
#define LEFT 0x00000 // 0000 0000 0000 0000 0000
#define CENTER 0x08000 // 0000 1000 0000 0000 0000
#define RIGHT 0x10000 // 0001 0000 0000 0000 0000
#define ID_MASK 0xFF // 0000 0000 0000 1111 1111
#define SIZE_MASK 0x7F00 // 0000 0111 1111 0000 0000
#define ALIGN_MASK 0x18000 // 0001 1000 0000 0000 0000
#define SIZE_SHIFT 8
typedef unsigned long font;
char do_menu(font *f);
void show_font(font f);
char get_choice(const char *);
void show_menu(void);
void eatline(void);
void get_id(font *f);
void get_size(font *f);
void get_align(font *f);
int main()
{
// sample = 0100 0000 1100 0000 0001(斜体, 没有预留空隙)
font sample = 1 | (12 << SIZE_SHIFT) | LEFT | ITALIC;
// 从左到右（从高位到低位）依次为underline(1), italic(1), bold(1), alignment(2), font_size(7), font_id(8)
while (do_menu(&sample) != 'q')
continue;
puts("Bye!");
system("pause");
return 0;
}
char do_menu(font *f)
{
char response;
show_font(*f);
show_menu();
response = get_choice("fsabiuq");
switch (response)
{
case 'f':
get_id(f);
break;
case 's':
get_size(f);
break;
case 'a':
get_align(f);
break;
case 'b':
*f ^= BOLD;
break;
case 'i':
*f ^= ITALIC;
break;
case 'u':
*f ^= UNDERLINE;
break;
case 'q':
break;
default:
printf("menu problem\n");
}
return response;
}
void show_font(font f)
{
printf("%4s %4s %9s %3s %3s %3s\n", "ID", "SIZE", "ALIGNMENT", "B", "I", "U");
printf("%4lu %4lu", f & ID_MASK, (f & SIZE_MASK) >> SIZE_SHIFT);
switch (f & ALIGN_MASK)
{
case LEFT:
printf("%7s", "left");
break;
case CENTER:
printf("%7s", "center");
break;
case RIGHT:
printf("%7s", "right");
break;
default:
printf("%7s", "unknown alignment");
break;
}
printf("%8s %3s %3s\n", (f & BOLD) == BOLD ? "on" : "off",
(f & ITALIC) == ITALIC ? "on" : "off",
(f & UNDERLINE) == UNDERLINE ? "on" : "off");
putchar('\n');
}
char get_choice(const char *s)
{
char ch;
ch = getchar();
ch = tolower(ch);
while (strchr(s, ch) == NULL)
{
printf("Please enter one of the following: %s\n", s);
eatline();
ch = tolower(getchar());
}
eatline();
return ch;
}
void eatline(void)
{
while (getchar() != '\n')
continue;
}
void show_menu(void)
{
puts("f) change font s) change size a) change alignment");
puts("b) toggle bold i) toggle italic u) toggle underline");
puts("q) quit");
}
void get_id(font *f)
{
int id;
printf("Enter font id (0-255): ");
scanf("%d", &id);
id = id & ID_MASK;
*f = (*f & ~ID_MASK) | id; // 相应位要先置为0之后再用|运算符
eatline();
}
void get_size(font *f)
{
int size;
printf("Enter font size (0-127): ");
scanf("%d", &size);
*f &= ~SIZE_MASK;
*f |= (size << SIZE_SHIFT) & SIZE_MASK;
eatline();
}
void get_align(font *f)
{
printf("Select alignment: \n");
printf("l) left c) center r) right\n");
switch (get_choice("lcr"))
{
case 'l':
*f &= ~ALIGN_MASK;
*f |= LEFT;
break;
case 'c':
*f &= ~ALIGN_MASK;
*f |= CENTER;
break;
case 'r':
*f &= ~ALIGN_MASK;
*f |= RIGHT;
break;
default:
printf("unknown alignment\n");
}
}
运行结果：
C:\Users\81228\Documents\Program\VScode C Program\chapter15>15.7
ID SIZE ALIGNMENT B I U
1 12 left off on off
f) change font s) change size a) change alignment
b) toggle bold i) toggle italic u) toggle underline
q) quit
s
Enter font size (0-127): 36
ID SIZE ALIGNMENT B I U
1 36 left off on off
f) change font s) change size a) change alignment
b) toggle bold i) toggle italic u) toggle underline
q) quit
a
Select alignment:
l) left c) center r) right
r
ID SIZE ALIGNMENT B I U
1 36 right off on off
f) change font s) change size a) change alignment
b) toggle bold i) toggle italic u) toggle underline
q) quit
i
ID SIZE ALIGNMENT B I U
1 36 right off off off
f) change font s) change size a) change alignment
b) toggle bold i) toggle italic u) toggle underline
q) quit
q
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C:\Users\81228\Documents\Program\VScode C Program\chapter15>