CSAPP lecture 01-overview

CSAPP lecture 01-Overview

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课件地址：https://www.jianguoyun.com/p/DQu1GsUQjqmrChiqhrEE

课程主题：这本书在干什么？

从程序员的角度来看计算机科学

大多数的课程是从抽象的角度去看计算机的，比如数据类型，渐进分析等，

但是在处理bug，以及分析底层问题时，会遇到无法处理的问题。

本课程的输出是：

1. 成为一个更有效率的程序员（写的程序运行效率更高？）
2. 更好地理解程序的运行表现（为啥跑出来是这个结果）
3. 为更高阶的课程打下基础

本书中的几个关键问题

1. ints不是数学意义上的整数，floats也不是真正意义上的实数

   比如计算50000*50000时，出现错误的答案

   比如计算(1e20+-1e20)+3.14和1e20+（-1e20+3.14）时，产生不同的答案

   原因是什么？ 是因为计算机对于数据表示的有限性

   ints和floats在计算机中的存储形式，我们会在之后学习

2. 在课程中需要学习到汇编

   1. 程序员不用学习写汇编
   2. 程序员要学会看汇编，理解程序在做什么，当高级语言编译出的程序出错的时候，要学会分析问题原因，理解程序运行状态

3. 内存相关的问题

   内存的随机访问是一个非物理的抽象问题

   • 内存不是无限的，有限的内存需要被合理地分配和管理
   • 内存引用错误危害尤其巨大，在时间和空间上影响深远
   • 内存性能是可以提升，借助缓存或者虚拟内存机制，调整程序，获得更快的性能优势

   举个内存越界访问的例子：

   typedef struct{
     int a[2];
     double d;
   }struct_t;
   
   double fun(int i){
     volatile struct_t s;
     s.d=3.14;
     s.a[i]=1073741824;
     return s.d;
   }
   

​ 对于结构体struct，在定义之后，在系统内存中的排布是这样的：

可以看到，数组a在结构体中只分配了两个位置，用来存放ints类型的数据，

但使用者如果在调用中错误地访问了a[2]、a[3]、a[4]等位置，就会对原本存储d的数据造成破坏。再往上，就会破坏别的程序，造成严重的问题。

！C语言和C++语言不提供任何内存保护机制

​ 可能产生各类内存错误，比如

1. 数组越界访问
2. 非法指针
3. malloc和free的滥用

这类问题在实际运行时，是否会发生错误，取决于操作系统和编译器

这类问题的表现会非常奇怪，问题的表象和造成问题的原因甚至毫不相关，并可能在很长一段时候以后才被发现。

如何避免内存问题呢？

• 使用Java、Ruby、Python、ML等带有内存保护机制的语言编程
• 理解为什么这种问题可能会发生
• 开发和使用一些工具去检测这类问题并避免（如Valgrind内存检查器）

4. 提升程序的性能而不是简单的复杂度分析

   • 理解程序如何被编译，如何运行

   • 了解如何测量程序性能，识别瓶颈

   • 在不破坏代码通用性和模块化的前提下提升性能

5. 系统除了执行程序之外还有别的功能

   • I/O系统控制输入输出
   • 计算机之间通过网络的数据交互