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<title>05 (1) 加餐 练习题详解(一).md.html</title>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/00 开篇词 为什么大厂面试必考操作系统?.md.html">00 开篇词 为什么大厂面试必考操作系统?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/00 课前必读 构建知识体系,可以这样做!.md.html">00 课前必读 构建知识体系,可以这样做!.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/01 计算机是什么:“如何把程序写好”这个问题是可计算的吗?.md.html">01 计算机是什么:“如何把程序写好”这个问题是可计算的吗?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/02 程序的执行:相比 32 位,64 位的优势是什么?(上).md.html">02 程序的执行:相比 32 位,64 位的优势是什么?(上).md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/03 程序的执行:相比 32 位,64 位的优势是什么?(下).md.html">03 程序的执行:相比 32 位,64 位的优势是什么?(下).md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/04 构造复杂的程序:将一个递归函数转成非递归函数的通用方法.md.html">04 构造复杂的程序:将一个递归函数转成非递归函数的通用方法.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/05 存储器分级:L1 Cache 比内存和 SSD 快多少倍?.md.html">05 存储器分级:L1 Cache 比内存和 SSD 快多少倍?.md.html</a>
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<a class="current-tab" href="/专栏/重学操作系统-完/05 (1) 加餐 练习题详解(一).md.html">05 (1) 加餐 练习题详解(一).md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/06 目录结构和文件管理指令:rm -rf 指令的作用是?.md.html">06 目录结构和文件管理指令:rm -rf 指令的作用是?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/07 进程、重定向和管道指令:xargs 指令的作用是?.md.html">07 进程、重定向和管道指令:xargs 指令的作用是?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/08 用户和权限管理指令: 请简述 Linux 权限划分的原则?.md.html">08 用户和权限管理指令: 请简述 Linux 权限划分的原则?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/09 Linux 中的网络指令:如何查看一个域名有哪些 NS 记录?.md.html">09 Linux 中的网络指令:如何查看一个域名有哪些 NS 记录?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/10 软件的安装: 编译安装和包管理器安装有什么优势和劣势?.md.html">10 软件的安装: 编译安装和包管理器安装有什么优势和劣势?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/11 高级技巧之日志分析:利用 Linux 指令分析 Web 日志.md.html">11 高级技巧之日志分析:利用 Linux 指令分析 Web 日志.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/12 高级技巧之集群部署:利用 Linux 指令同时在多台机器部署程序.md.html">12 高级技巧之集群部署:利用 Linux 指令同时在多台机器部署程序.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/12 (1)加餐 练习题详解(二).md.html">12 (1)加餐 练习题详解(二).md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/13 操作系统内核:Linux 内核和 Windows 内核有什么区别?.md.html">13 操作系统内核:Linux 内核和 Windows 内核有什么区别?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/14 用户态和内核态:用户态线程和内核态线程有什么区别?.md.html">14 用户态和内核态:用户态线程和内核态线程有什么区别?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/15 中断和中断向量:Javajs 等语言为什么可以捕获到键盘输入?.md.html">15 中断和中断向量:Javajs 等语言为什么可以捕获到键盘输入?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/16 WinMacUnixLinux 的区别和联系:为什么 Debian 漏洞排名第一还这么多人用?.md.html">16 WinMacUnixLinux 的区别和联系:为什么 Debian 漏洞排名第一还这么多人用?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/16 (1)加餐 练习题详解(三).md.html">16 (1)加餐 练习题详解(三).md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/17 进程和线程:进程的开销比线程大在了哪里?.md.html">17 进程和线程:进程的开销比线程大在了哪里?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/18 锁、信号量和分布式锁:如何控制同一时间只有 2 个线程运行?.md.html">18 锁、信号量和分布式锁:如何控制同一时间只有 2 个线程运行?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/19 乐观锁、区块链:除了上锁还有哪些并发控制方法?.md.html">19 乐观锁、区块链:除了上锁还有哪些并发控制方法?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/20 线程的调度:线程调度都有哪些方法?.md.html">20 线程的调度:线程调度都有哪些方法?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/21 哲学家就餐问题:什么情况下会触发饥饿和死锁?.md.html">21 哲学家就餐问题:什么情况下会触发饥饿和死锁?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/22 进程间通信: 进程间通信都有哪些方法?.md.html">22 进程间通信: 进程间通信都有哪些方法?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/23 分析服务的特性:我的服务应该开多少个进程、多少个线程?.md.html">23 分析服务的特性:我的服务应该开多少个进程、多少个线程?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/23 (1)加餐 练习题详解(四).md.html">23 (1)加餐 练习题详解(四).md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/24 虚拟内存 :一个程序最多能使用多少内存?.md.html">24 虚拟内存 :一个程序最多能使用多少内存?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/25 内存管理单元: 什么情况下使用大内存分页?.md.html">25 内存管理单元: 什么情况下使用大内存分页?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/26 缓存置换算法: LRU 用什么数据结构实现更合理?.md.html">26 缓存置换算法: LRU 用什么数据结构实现更合理?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/27 内存回收上篇:如何解决内存的循环引用问题?.md.html">27 内存回收上篇:如何解决内存的循环引用问题?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/28 内存回收下篇:三色标记-清除算法是怎么回事?.md.html">28 内存回收下篇:三色标记-清除算法是怎么回事?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/28 (1)加餐 练习题详解(五).md.html">28 (1)加餐 练习题详解(五).md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/29 Linux 下的各个目录有什么作用?.md.html">29 Linux 下的各个目录有什么作用?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/30 文件系统的底层实现:FAT、NTFS 和 Ext3 有什么区别?.md.html">30 文件系统的底层实现:FAT、NTFS 和 Ext3 有什么区别?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/31 数据库文件系统实例:MySQL 中 B 树和 B+ 树有什么区别?.md.html">31 数据库文件系统实例:MySQL 中 B 树和 B+ 树有什么区别?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/32 HDFS 介绍:分布式文件系统是怎么回事?.md.html">32 HDFS 介绍:分布式文件系统是怎么回事?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/32 (1)加餐 练习题详解(六).md.html">32 (1)加餐 练习题详解(六).md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/33 互联网协议群(TCPIP):多路复用是怎么回事?.md.html">33 互联网协议群(TCPIP):多路复用是怎么回事?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/34 UDP 协议:UDP 和 TCP 相比快在哪里?.md.html">34 UDP 协议:UDP 和 TCP 相比快在哪里?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/35 Linux 的 IO 模式:selectpollepoll 有什么区别?.md.html">35 Linux 的 IO 模式:selectpollepoll 有什么区别?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/36 公私钥体系和网络安全:什么是中间人攻击?.md.html">36 公私钥体系和网络安全:什么是中间人攻击?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/36 (1)加餐 练习题详解(七).md.html">36 (1)加餐 练习题详解(七).md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/37 虚拟化技术介绍:VMware 和 Docker 的区别?.md.html">37 虚拟化技术介绍:VMware 和 Docker 的区别?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/38 容器编排技术:如何利用 K8s 和 Docker Swarm 管理微服务?.md.html">38 容器编排技术:如何利用 K8s 和 Docker Swarm 管理微服务?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/39 Linux 架构优秀在哪里.md.html">39 Linux 架构优秀在哪里.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/40 商业操作系统:电商操作系统是不是一个噱头?.md.html">40 商业操作系统:电商操作系统是不是一个噱头?.md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/40 (1)加餐 练习题详解(八).md.html">40 (1)加餐 练习题详解(八).md.html</a>
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<a href="/专栏/重学操作系统-完/41 结束语 论程序员的发展——信仰、选择和博弈.md.html">41 结束语 论程序员的发展——信仰、选择和博弈.md.html</a>
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<script>
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function add_inner() {
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let inner = document.querySelector('.sidebar-toggle-inner')
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inner.classList.add('show')
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}
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function remove_inner() {
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let inner = document.querySelector('.sidebar-toggle-inner')
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inner.classList.remove('show')
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}
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function sidebar_toggle() {
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let sidebar_toggle = document.querySelector('.sidebar-toggle')
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let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
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let content = document.querySelector('.off-canvas-content')
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if (sidebar_toggle.classList.contains('extend')) { // show
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sidebar_toggle.classList.remove('extend')
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sidebar.classList.remove('hide')
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content.classList.remove('extend')
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} else { // hide
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sidebar_toggle.classList.add('extend')
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sidebar.classList.add('hide')
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content.classList.add('extend')
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}
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}
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function open_sidebar() {
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let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
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let overlay = document.querySelector('.off-canvas-overlay')
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sidebar.classList.add('show')
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overlay.classList.add('show')
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}
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function hide_canvas() {
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let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
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let overlay = document.querySelector('.off-canvas-overlay')
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sidebar.classList.remove('show')
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overlay.classList.remove('show')
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}
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</script>
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<div class="off-canvas-content">
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<div class="columns">
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<div class="column col-12 col-lg-12">
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<div class="book-navbar">
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<!-- For Responsive Layout -->
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<header class="navbar">
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<section class="navbar-section">
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<a onclick="open_sidebar()">
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<i class="icon icon-menu"></i>
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</a>
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</section>
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</header>
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</div>
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<div class="book-content" style="max-width: 960px; margin: 0 auto;
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overflow-x: auto;
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overflow-y: hidden;">
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<div class="book-post">
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<p id="tip" align="center"></p>
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<div><h1>05 (1) 加餐 练习题详解(一)</h1>
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<p>今天我会带你把《模块一:计算机组成原理》中涉及的课后练习题,逐一讲解,并给出每个课时练习题的解题思路和答案。</p>
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<h3>练习题详解</h3>
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<h4>01 | 计算机是什么:“如何把程序写好”这个问题是可计算的吗?</h4>
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<p><strong>【问题】</strong> 可不可以构造一段程序证明停机问题无解?如果可以,请用自己熟悉的语言写出这段程序。</p>
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<p>【<strong>解析</strong>】<strong>拿到这道题,我们可以先从问题的抽象入手。</strong></p>
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<ul>
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<li>判断一段程序是否会停机的方法可以抽象成一个函数。</li>
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<li>一段程序,也可以抽象成一个函数。</li>
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</ul>
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<p>因此,问题可以转换为:存不存在一个通用函数判断另一个函数是否会停止?</p>
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<p><strong>接下来,再来构造冲突。</strong></p>
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<p>假设存在一个函数 willStop,它只有一个参数 func,willStop 可以判断任意函数 func 是否会停止:</p>
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<ul>
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<li>如果会停止,返回 true;</li>
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<li>如果不会停止返回 false。</li>
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</ul>
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<p>willStop 具体如何实现我们无法给出,这里只是做一个假设。</p>
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<pre><code>func willStop(func){
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//...
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}
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</code></pre>
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<p>下面我们构造一组冲突,构造一个叫作<code>wrappedWillStop</code>函数,它调用<code>willStop</code>构造冲突。</p>
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<pre><code>function wrappedWillStop(){
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if( willStop(wrappedWillStop) ) {
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while(true){}
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} else {
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return
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}
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}
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wrappedWillStop()
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</code></pre>
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<p><code>wrapped</code>版本构造冲突方法如下:调用<code>willStop</code>并把自己传进去。如果<code>willStop</code>认为<code>wrapped</code>会停止,那么就执行一个死循环。 如果<code>willStop</code>认为<code>wrapped</code>不会停止,就直接返回。</p>
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<p>通过上述的方法,我们就知道<code>willStop</code>这样的函数肯定是无法被实现的;也就是停机问题无解。</p>
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<h4>03 | 程序的执行:相比 32 位 64 位的优势是什么?</h4>
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<p><strong>【问题】</strong> CPU 中有没有求对数的指令?如果没有那么程序如何去计算?</p>
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<p><strong>【解析】</strong> CPU 中求一个数字的 2 倍,可以通过左移指令。比如 10 代表数字 2,左移 1 位变成 100 就代表数字 4。CPU 提供了乘法指令,所以如果求一个数字的幂,比如 33,可以拿 3*3 再乘以 3,需要计算 2 次。</p>
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<p>但是如果求 3100 次方,就不会去计算 100 次。比如你可以先计算出 325,然后再求 (350)2,就是 3100。所以这样就节省了 1 倍的运算。</p>
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<p>我举例主要是想告诉大家,CPU 没有提供很复杂的指令,但是这里有很多算法可以降低我们的时间开销。</p>
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<p>然后我们来说说求对数,求对数也是没有指令的。因为对数是指数的逆运算,当然我们可以利用乘法运算一点点尝试。比如计算 log_210,我们可以先尝试 32,再尝试 3.12 等等,一直找到以 2 为底 10 的对数。这其实是个近似算法。</p>
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<p>另外,在这个问题上聪明的数学家提出了很多近似算法,提升了计算效率。具体这里比较超纲,面试通常只考到有没有求对数的指令,感兴趣的同学可以学习泰勒级数、牛顿迭代法等。</p>
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<p>比如下面这个泰勒级数可以用来求以<code>e</code>为底的对数,可以进行相似运算。</p>
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<p><img src="assets/Ciqc1F9twiuAbp_aAAAe6lkGtXY531.png" alt="Drawing 0.png" /></p>
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<p><strong>【补充内容】1 位的 CPU 能操作多大的内存空间?</strong></p>
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<p>在 03 课时程序的执行中,有个问题我讲的不是很明白,在这里我们再讨论一下。</p>
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<p>之前提到过 32 位机器只能操作小于 32 位的地址总线,这里其实讲的不太清晰,历史上出现过 32 位操作 40 位地址总线的情况。</p>
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<p><strong>接下来再和你探讨一个极端情况,1 位的 CPU 能操作多大的内存空间</strong>。</p>
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<p><strong>答案是:无限大</strong>。</p>
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<p>比如说,地址总线 40 位,说明 CPU 上有 40 个引脚接了地址总线。CPU 只有 1 位,因此操作这 40 个引脚可以分成 40 步。每次设置 1 根引脚的电平是 0 还是 1。所以本身 CPU 多少位和能操作多少位地址总线,没有本质联系。但是如果需要分步操作,效率会低,需要多次操作,不如一次完成来得划算。 因此我们今天的设计通常不拿 32 位 CPU 操作 40 位地址总线,而是用 64 位 CPU 操作。</p>
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<h4>04 | 构造复杂的程序 : 将一个递归函数转成非递归函数的通用方法?</h4>
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<p><strong>【问题】</strong> 假设你使用的程序语言不支持递归程序,如果要求用栈来模拟下面这个斐波那契求第 n 项的程序,应该如何转换成等价的基于栈的非递归实现?</p>
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<pre><code>int fib(int n) {
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if(n == 1 || n == 2) { return n; }
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return fib(n-1) + fib(n-2)
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</code></pre>
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<p>【<strong>解析</strong>】<strong>其实这道题目等同于递归的函数如何非递归表达?改写斐波那契数列第 N 项目。</strong></p>
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<p>下面是我的一个伪代码,需要实现一个 Stack。</p>
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<pre><code>fib(n) {
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stack = new Stack();
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// 构造Stack
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// stack中每一项是一个Record
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// Record第一项是数据(参数或者返回值)
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// Record第二项是递归方向(down=1代表向下,up=2代表向上)
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stack.push((n, down));
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// stack中只有一项的时候递归停止
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while(stack.size() > 1) {
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(n, phase) = stack.pop();
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if(phase == down) {
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if(n == 1 || n == 2) {
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stack.push((1, -))
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continue
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}
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stack.push((n-1, down))
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stack.push((n-1, up))
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}
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else {
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last1 = stack.pop()
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last2 = stack.pop()
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stack.push((last1[0] + last2[0], up))
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}
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}
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return stack.pop()[0];
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}
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</code></pre>
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<h4>05 | 存储器分级 :SSD、内存和 L1 Cache 相比速度差多少倍?</h4>
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<p><strong>【问题】</strong> 假设有一个二维数组,总共有 1M 个条目,如果我们要遍历这个二维数组,应该逐行遍历还是逐列遍历?</p>
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<p><strong>【解析】</strong> 二维数组本质还是 1 维数组。只不过进行了脚标运算。比如说一个 N 行 M 列的数组,第 y 行第 x 列的坐标是: x + y*M。因此当行坐标增加时,内存空间是跳跃的。列坐标增加时,内存空间是连续的。</p>
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<p><img src="assets/Ciqc1F9twnCAUTt4AACDLWAQvC4277.png" alt="Lark20200925-181059.png" /></p>
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<p>当 CPU 遍历二维数组的时候,会先从 CPU 缓存中取数据。</p>
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<p>关键因素在于现在的 CPU 设计不是每次读取一个内存地址,而是读取每次读取相邻的多个内存地址(内存速度 200~300 CPU 周期,预读提升效率)。所以这相当于机器和人的约定,如果程序员不按照这个约定,就无法利用预读的优势。</p>
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<p>另一方面当读取内存地址跳跃较大的时候,会触发内存的页面置换,这个知识在“<strong>模块五:内存管理</strong>”中学习。</p>
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<h3>总结</h3>
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<p>以上这些练习题你做得怎么样呢?我看到很多同学在留言区写下了练习题答案、思考过程以及课后总结,当然还有很多同学提出了问题。有问题是好事,说明你在认真思考,这也是构建知识体系的一部分。经过长期的积累,相信你会得到意想不到的收获。</p>
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</div>
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</div>
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<div>
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<div style="float: left">
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</div>
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<div style="float: right">
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</div>
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</div>
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</div>
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</div>
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<a class="off-canvas-overlay" onclick="hide_canvas()"></a>
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</div>
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</body>
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<!-- Global site tag (gtag.js) - Google Analytics -->
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<script async src="https://www.googletagmanager.com/gtag/js?id=G-NPSEEVD756"></script>
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<script>
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window.dataLayer = window.dataLayer || [];
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function gtag() {
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dataLayer.push(arguments);
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}
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gtag('js', new Date());
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gtag('config', 'G-NPSEEVD756');
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var path = window.location.pathname
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var cookie = getCookie("lastPath");
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console.log(path)
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if (path.replace("/", "") === "") {
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if (cookie.replace("/", "") !== "") {
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console.log(cookie)
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document.getElementById("tip").innerHTML = "<a href='" + cookie + "'>跳转到上次进度</a>"
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}
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} else {
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setCookie("lastPath", path)
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}
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function setCookie(cname, cvalue) {
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var d = new Date();
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d.setTime(d.getTime() + (180 * 24 * 60 * 60 * 1000));
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var expires = "expires=" + d.toGMTString();
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document.cookie = cname + "=" + cvalue + "; " + expires + ";path = /";
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}
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function getCookie(cname) {
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var name = cname + "=";
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var ca = document.cookie.split(';');
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||
for (var i = 0; i < ca.length; i++) {
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||
|
||
var c = ca[i].trim();
|
||
|
||
if (c.indexOf(name) === 0) return c.substring(name.length, c.length);
|
||
|
||
}
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return "";
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}
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</script>
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</html>
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