本章实验 · 三个实验

本章三个实验一览

第二章打的是「够用的 C」。为了不在一页里囫囵吞枣，拆成三个纯软件实验：先练「位运算与字节拼装」（第四章读 DHT22 的底子），再练「切词与数值解析」（第四章 set temp 28.5 的底子），最后做本来的闯关实验——写滞回决策、改读失败分支。三个实验都只用 C 与标准输入，没有硬件器材，在主机或板端（riscv64 gcc）都能跑。

实验一 · 位运算与字节拼装

第四章的 DHT22 一次给 40 个 bit，拼起来是 5 个字节：湿度高/低字节、温度高/低字节、校验和。本实验先练这三件小事：把两个字节合成 uint16、把 4 个字节求和取低 8 位当校验和、把 0.1°C 单位的原码换算成摄氏度。源码目录 chapters/ch02/code/bits-check/。

步骤

# 主机，或先 scp 到板子（板端 gcc）再进目录
$ scp -r chapters/ch02/code/bits-check user@board-ip:~/
$ cd chapters/ch02/code/bits-check        # 板上：cd ~/bits-check
$ make
$ ./build/bits-check      # 三个函数还是空返回，会打印 FAIL —— 预期现象

打开 src/bits.c，只实现标了 STUDENT TODO 的三个函数：

实现后重新 make 再跑，直到测试驱动全绿：

$ make
$ ./build/bits-check
# 期望结尾：ALL PASS（中间逐条 ok）
# 对照参考：make sol && ./build/bits-check-sol 应同样 ALL PASS

本实验成功判据：三函数实现正确，./build/bits-check 打印 ALL PASS；能口头解释「为什么要 & 0xFF」「为什么要先提升成 16 位再移位」。

实验二 · 切词与数值解析

第四章要在命令行敲 status、set temp 28.5。这一步要先能把一行字符串按空白切成一串词，并认出哪个词是数字。源码目录 chapters/ch02/code/cmd-parse/，只实现 src/parse.c 里的 split_tokens。

步骤

# 主机，或先 scp 到板子再进目录
$ cd chapters/ch02/code/cmd-parse          # 板上：cd ~/cmd-parse
$ make
$ ./build/cmd-parse      # split_tokens 还是空，样例词数全错 —— 预期现象

契约（看 include/parse.h）：每个 Tok 有 word[24]、is_num、val；split_tokens 把 line 按空白切进 toks，返回词数。建议逐字符写：跳过空白 → 复制到下一空白 → 用 strtod 判断是否「干净浮点数」（endptr 动了且 *endptr=='\0'）。

# 实现正确后，参考输出（可对照 make sol）：
$ ./build/cmd-parse
# == "set temp 28.5" -> 3 词
#         'set'
#         'temp'
#         '28.5' = 28.50
#     ok
# == "set temp abc" -> 3 词      （abc 不是数字）
#         'set'
#         'temp'
#         'abc'
#     ok
#     ...
# ALL PASS

本实验成功判据：./build/cmd-parse 打印 ALL PASS；能口头说出「什么样的词才算数字」「strtod 的 endptr 为什么能用来判断干净与否」。

实验三 · 写滞回 · 改读数闯关（fake-thermostat）

实验一、实验二分别练了「字节 → 数值」「字符串 → 命令」，实验三把它们收拢成这一章真正的主线：写出滞回决策 thermo_decide，并修好读温度失败的错误分支。这块逻辑第三、四章还会以 GPIO 形式再出现一次。

说明

讲义已跟做 hello / project-template / cmd-table，并打透：类型与控制流、函数与多文件、编译 → 链接 → _start → main、指针与结构体，以及切词和函数指针命令表。

本实验在此之上递进三步：核对编译链接产物；对着契约从空写出 thermo_decide（这就是第三、四章 TODO 的手感）；再修好 thermo_read 里故意留下的指针与错误分支。温度来自内置数组或标准输入，无真 DHT。

• 核对工程：chapters/ch02/code/project-template/（讲义已跑通；此处只取产物证据）
• 闯关工程：chapters/ch02/code/fake-thermostat/（动手文件 src/thermo.c）
• 输入：默认内置温度序列；也可用 --stdin 读浮点数（负数表示本轮「读失败」）
• 输出：每步打印温度与风扇 ON/OFF；读失败打印 READ_FAIL 并保持上一风扇状态

步骤 1：编译链接核对（project-template）

目的：把讲义 2.2 里的机制落到可复查输出。若讲义跟做时已做过且产物仍在，可快速复核后进入闯关。

$ cd chapters/ch02/code/project-template
$ make
$ ls build/
$ file build/*.o build/app
# .o 与可执行文件角色不同；app 应能执行
$ nm build/app | grep -E '_start|main' || true
# 通常能同时看到 main 与启动相关符号（有 nm 时）
$ ./build/app

可选：临时改错 greet.c 里的函数名再 make，应出现 undefined reference——改回后重新 make 通过。这证明「编译过了、链接对不上」与「对上了」的差别。

本步成功判据：build/ 中有对应 .o 与 app；file 能区分二者；./build/app 能跑。然后进入闯关，不再停留在本模板。

步骤 2：写出 thermo_decide

进入闯关目录，先编译运行。半成品能编过，但 thermo_decide 是空的：风扇会一直 OFF。这和第三章先 make 因函数未声明而失败是同一类起点——main 已经在等你补上决策。

$ cd chapters/ch02/code/fake-thermostat
$ make
$ printf '25\n27\n29\n27\n24\n-1\n' | ./build/fake-thermo --stdin
# 未写 decide 时：温度在变，风扇几乎总是 OFF

打开 src/thermo.c，只实现 thermo_decide（标了 STUDENT TODO [W1]）。原型已在 thermo.h。

/* 根据 cfg 与当前温度更新 *fan_on（0=OFF, 1=ON）。
 * cfg 或 fan_on 为 NULL → 直接返回。
 * 只用 cfg->t_high / cfg->t_low，不要用 period_ms。
 *   temp_c > t_high → *fan_on = 1
 *   temp_c < t_low  → *fan_on = 0
 *   中间区间        → 保持 *fan_on
 */
void thermo_decide(const ThermoConfig *cfg, float temp_c, int *fan_on);

默认阈值：t_high = 28.0，t_low = 26.0，初始风扇 OFF。写完 make 再跑；thermo_read 的坑还在，这一步先把前五步的 ON/OFF 跑对即可（第 6 步 READ_FAIL 下一步再修）。

本步成功判据：25 OFF、27 OFF、29 ON、27 ON、24 OFF；空指针调用不崩溃。对照：make sol。

步骤 3：改 thermo_read

1. 看坏现象

thermo_read 里仍有两处故意错误。先跑通半成品，对照关卡表，一次只改一类。

$ printf '25\n27\n29\n27\n24\n-1\n' | ./build/fake-thermo --stdin
# 负数表示本轮「读失败」；修好前最后一步行为不对

2. 按关卡改代码（一次一类）

只改 src/thermo.c 里的 thermo_read。每修完一关，重新 make 再跑。

修 L3 时，可对 thermo_read(NULL) 调用一次确认不崩溃。修 L4 时，内置序列最后一步会注入读失败。

3. 对照内置序列做最终验收

W1 与 L3/L4 都完成后，运行 ./build/fake-thermo（默认内置序列）。期望（初始风扇 OFF）：

本步成功判据：六步输出与上表一致；能口头说明滞回是自己按契约写的，读失败路径是改出来的。

验收表