PDF de programación - Programando en C a Bajo Nivel

Universidad de Buenos Aires

Facultad De Ingenier´ıa

Programando en C a Bajo Nivel

[75.40] Algoritmos y Programaci´on I

1er Cuatrimestre 2011

C´atedra: Ing. Pablo Guarna

Autor: Bernardo Ortega Moncada

Versi´on 3.0

i

Programando en C a Bajo Nivel

1er Cuatrimestre 2011

´Indice

1. Introducci´on

2. Representaci´on de N´umeros en Base Binaria

2.1. Complementos A1 de un N´umero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Sentencias Bit a Bit en C

3.1. Operaci´on AND (Bit a Bit) (&) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Operaci´on OR (Bit a Bit) (|)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3. Operaci´on XOR (bit a bit) ( ∧ )
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4. Operaci´on Complemento A1 a la Base ( ∼ )
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5. Desplazamiento de Bits
3.5.1. Desplazamiento de Bits a la Derecha ( >> ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.2. Desplazamiento de Bits a la Izquierda ( < < ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.1. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7. Campos de Bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.8. Ventajas y Desventajas de Operar Bit a Bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7.1. Limitaciones de Campos de Bits

3.6. Operador Ternario (? :)

4. El Preprocesador de C

Inclusi´on de Archivos

4.1. ¿Que Es Un Macro? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2. Ejemplos de Macros
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2. Creaci´on de Archivos de Cabecera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.3. Creaci´on de Macros como Constantes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.4. Creaci´on de Macros como Funci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3. Otras Directivas del Preprocesador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1. #undef
4.3.2. #if , #else , #elif
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.3. #error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4. Ventajas y Desventajas de Usar Macros

2

2
2

2
3
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5
5
6
6
7
7
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Autor: Bernardo Ortega Moncada

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Programando en C a Bajo Nivel

1er Cuatrimestre 2011

1.

Introducci´on

Este apunte esta orientado para que el lector pueda apreciar como uno puede trabajar en el lenguaje de programaci´on
C con sentencias de Bajo Nivel y utilizar herramientas que pueden ser ´utiles a la hora de programar sentencias que podr´ıan
simplificar lineas operando a bajo nivel. Este apunte es de car´acter informativo, no significa que lo vayan a usar en esta
materia, pero quiz´as en alguna posterior. Esta demas aclarar que para leer este apunte se necesita un conocimiento b´asico
previo del Lenguaje. Todas estas operaciones que se muestran en el apunte, tambi´en son v´alidas en el Lenguaje C++

2. Representaci´on de N´umeros en Base Binaria

Como uno ya sabe, los n´umeros en la computadora no se expresan de la misma forma que un ser humano escribe. Ya
que la computadora trabaja de forma binaria y solo puede comprender si algo es verdadero o falso, si hay informaci´on o
no, por lo tanto si uno esta trabajando con n´umeros que ocupan 1 Byte, uno sabe que 1 Byte esta compuesto por 8 bits,
lo cual un bit solo puede almacenar 1 o 0.

Por lo tanto si nosotros a modo de ejemplo tenemos el n´umero, la computadora ve a este n´umero de la siguiente manera:

Representaci´on Decimal

0|10
2|10
7|10
25|10
255|10

=
=
=
=
=

Representaci´on Binaria en 8 bits

00000000|2
00000010|2
00000111|2
00011001|2
11111111|2

Pero tenemos que saber que un n´umero representado en binario posee 2 bits muy importantes. El bit mas Signifi-

cativo (MSB, por sus siglas en ingles) y El Bit Menos Significativo (LSB, por sus siglas en ingles).

Una observaci´on a tener en cuenta es que el MSB tambi´en es considerado Bit de Signo, siempre y cuando se use la

representaci´on MyBS (M´odulo y Bit de Signo).

se considera al 1 como el signo negativo

se considera al 0 como el signo positivo

Por ejemplo, tenemos un numero representado en su forma binaria, podemos apreciar cuales son los bits significativos:

0

0

1

0

1

0

1
↑

MSB

1
↑
LSB

2.1. Complementos A1 de un N´umero

El complemento A1 de un numero representado en forma binaria, consiste en negar (o invertir) bit a bit la expresi´on
del n´umero, en lineas generales consiste en cambiar los 0’s por 1’s y viceversa. Esta herramienta es muy poderosa en
el ´ambito de la computaci´on ya que nos permite representar un n´umero de forma negativa, ya que como sabemos, la
computadora no reconoce los n´umeros negativos. Veamos el siguiente ejemplo de como calcular el complemento A1 a la
base de un numero binario cualquiera:

01100100 ⇒

10011011

Complemento A1

(cid:124)

(cid:123)(cid:122)

(cid:125)

3. Sentencias Bit a Bit en C

Uno puede hacer una serie de operaciones l´ogicas bit a bit con el lenguaje C, e incluso realizar complementos A1, o
desplazamientos de Bits a la derecha o a la izquierda. Estas operaciones son muy comunes en el lenguaje de bajo nivel
denominado Assembler (Ensamblador). A continuaci´on se muestra una tabla con algunas de las operaciones a bajo nivel
que podemos realizar:

Autor: Bernardo Ortega Moncada

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Programando en C a Bajo Nivel

1er Cuatrimestre 2011

Operador

Acci´on

&
|
∧
∼
>>
<<
? :

Operaci´on AND (bit a bit) simula una compuerta AND - 74ls08 TTL

Operaci´on OR (bit a bit) simula una compuerta OR - 74ls32 TTL

Operaci´on XOR (bit a bit) simula una compuerta XOR - 74ls86 TTL

Complemento A1 a la base

Desplazamiento de bits hacia la derecha
Desplazamiento de bits hacia la izquierda

Operador Ternario

3.1. Operaci´on AND (Bit a Bit) (&)

Si recordamos que la operaci´on AND (Bit a Bit) esta definida por la siguiente tabla de verdad:

A B A&B
0
0
1
1

0
1
0
1

0
0
0
1

Como trabajamos con variables que ocupan 1 Byte (8 bits) la operaci´on AND Bit a Bit para estos casos se comportar´ıa

de la siguiente manera:

Supongamos que tenemos una variable a = 23 y otra variable b = 90, su representaci´on en binario de ambas seria:

a = 00010111 y b = 01011010
por lo tanto:

&

00010111

01011010
00010010

El resultado nos da un n´umero en binario cuya expresi´on es 00010010|2, que en decimal es conocido como 18|10.
Por lo tanto llevando este ejemplo al lenguaje C, se realizar´ıa de la siguiente manera:

Ejemplo1: Operaci´on L´ogica AND Bit a Bit

c h a r a = 2 3 ;
c h a r b = 9 0 ;
c h a r

r e s u l t a d o ;

i n t main ( )

1 #i n c l u d e <s t d i o . h>
2
3
4 {
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16 }

r e t u r n 0 ;

p r i n t f ( ’ ’ R e s u l t a d o = % d ’ ’ , r e s u l t a d o ) ;

p r i n t f ( ’ ’ a = % d

b = % d ’ ’ , a , b ) ;

r e s u l t a d o = a & b ;

Una aplicaci´on ´util para este operador, es si queremos averiguar si un bit de cierto n´umero es 1 o 0, por ejemplo, se
tiene el n´umero a = 75 y se quiere averiguar si el cuarto bit de dicho n´umero es 1 o 0. Para eso tenemos que aplicar el
operador & al n´umero a con un n´umero cuya representaci´on binaria sea 00001000, dicho n´umero es el 8.

Veamos como queda la operaci´on primero:

&

01001011

00001000
00001000

Entonces el c´odigo nos quedar´ıa de la siguiente forma:

Autor: Bernardo Ortega Moncada

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Programando en C a Bajo Nivel

1er Cuatrimestre 2011

Ejemplo2: Operaci´on L´ogica AND Bit a Bit

r e s u l t a d o ;

c h a r a = 7 5 ;
c h a r b = 8 ;
c h a r

i n t main ( )

1 #i n c l u d e <s t d i o . h>
2
3
4 {
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17 }

r e t u r n 0 ;

( a & b )

e l s e

i f

p r i n t f ( ’ ’ a = % d

b = % d ’ ’ , a , b ) ;

p r i n t f ( ’ ’ e l c u a r t o b i t de l a v a r i a b l e a e s 1 \ n ’ ’ ) ;
p r i n t f ( ’ ’ e l c u a r t o b i t de l a v a r i a b l e a e s 0 \ n ’ ’ ) ;

3.2. Operaci´on OR (Bit a Bit) (|)

Si recordamos que la operaci´on OR (Bit a Bit) esta definida por la siguiente tabla de verdad:

A B A|B
0
0
1
0
1
1
1
1

0
1
0
1

Como trabajamos con variables que ocupan 1 Byte (8 bits) la operaci´on AND Bit a Bit para estos casos se comportar´ıa

de la siguiente manera:

Supongamos que tenemos una variable a = 23 y otra variable b = 90, su representaci´on en binario de ambas seria:

a = 00010111 y b = 01011010
por lo tanto:

|

00010111

01011010
01011111

El resultado nos da un n´umero en binario cuya expresi´on es 01011111|2, que en decimal es conocido como 95|10.

Ejemplo: Operaci´on L´ogica OR Bit a Bit

c h a r a = 2 3 ;
c h a r b = 9 0 ;
c h a r

i n t main ( )

1 #i n c l u d e <s t d i o . h>
2
3
4 {
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16 }

r e t u r n 0 ;

r e s u l t a d o ;

p r i n t f ( ’ ’ a = % d
r e s u l t a d o = a | b ;

b = % d ’ ’ , a , b ) ;

p r i n t f ( ’ ’ R e s u l t a d o = % d ’ ’ , r e s u l t a d o ) ;

Autor: Bernardo Ortega Moncada

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