灯泡 - CS50x 2023

并非完全损坏的灯泡

在课堂上，你可能已经注意到舞台前方似乎存在一个“bug”，其中一些灯泡似乎总是熄灭：

然而，每个灯泡序列都以二进制编码了一条消息，二进制是计算机说的语言。我们来编写一个程序来制作自己的秘密消息，说不定我们还能搬到舞台上去呢！

开始

打开 VS Code。

首先点击终端窗口，然后输入 cd。你应该发现它的提示符类似于下面。

单击该终端窗口内部，然后执行

wget https://cdn.cs50.net/2022/fall/psets/2/bulbs.zip

然后按回车键，在你的 codespace 中下载名为 bulbs.zip 的 ZIP 文件。注意 wget 和 URL 之间有空格，别漏掉了，其他字符也一样！

现在执行

来创建一个名为 bulbs 的文件夹。现在可以删除 ZIP 文件了，输入

然后输入 y 并按回车键删除下载的 ZIP 文件。

现在输入

然后按回车键进入该目录。提示符应该类似下面这样。

如果没问题，输入

并看到一个名为 bulbs.c 的文件。code bulbs.c 会打开文件，你可以在里面写代码。如果没有，请回溯你的步骤，看看你是否可以确定你哪里出错了！

实现细节

要编写我们的程序，我们首先需要考虑进制。

基础知识

最简单的进制是 1 进制，或一元； 要用 1 进制写一个数字 N，我们只需写 N 个连续的 1。 因此，1 进制中的数字 4 将写为 1111，数字 12 写为 111111111111。 可以把它想象成用手指计数或用木板上的标记来计算分数。

你可能会明白为什么现在很少使用 1 进制。（数字变得相当长！） 相反，一个常见的约定是 10 进制，或十进制。 在十进制中，每个数字都乘以 10 的某个幂，以便表示更大的数字。 例如， 是 的简写。

更改进制就像将上面更改为不同的数字一样简单。 例如，如果你用四进制写 123，那么它实际上表示 ，等于十进制的 。

然而，计算机使用 2 进制，或二进制。 在二进制中，写 123 将是一个错误，因为二进制数只能有 0 和 1。 但是，弄清楚二进制数代表的确切十进制数的过程是完全相同的。 例如，二进制数 10101 表示 ，它等于十进制数 。

编码消息

灯泡只能亮或灭。 换句话说，灯泡代表两种可能的状态； 灯泡要么亮，要么灭，就像二进制数要么是 1，要么是 0。 我们必须找到一种方法将文本编码为二进制数序列。

我们来写一个叫 bulbs 的程序，它可以把一段文字转换成灯泡的亮灭状态，展示给观众。我们将分两步完成：

• 第一步包括将文本转换为十进制数。 比如我们要编码消息 HI!。 幸运的是，我们已经有了一个约定来做到这一点，ASCII。 H 的十进制表示是 72，I 是 73，! 是 33。
• 下一步包括获取我们的十进制数（如 72、73 和 33）并将它们转换为等效的二进制数，这些二进制数仅使用 0 和 1。 为了统一位数，我们用 8 位二进制数来表示每个十进制数。 72 是 01001000，73 是 01001001，33 是 00100001。

最后，我们将把这些二进制数解释为舞台上灯泡的指令； 0 是关闭，1 是打开。 bulbs.c 里有一个已经写好的 print_bulb 函数，输入 0 或 1 就能输出代表灯泡的 emoji。

这是一个已完成程序可能如何工作的示例。 和 Sanders 舞台不一样，为了更清楚，我们每行打印一个字节。

检查结果时，亮的灯泡 () 代表 1，灭的灯泡 () 代表 0。 那么 HI! 变成了

01001000
01001001
00100001

这正是我们所期望的。

另一个例子：

请注意，所有字符都包含在灯泡指令中，包括非字母字符，如空格 (00100000)。

规范

设计并实现一个程序 bulbs，将文本转换成 CS50 舞台灯条的控制指令，具体要求如下：

• 请在名为 bulbs.c 的文件中实现你的程序。
• 你的程序首先需要使用 get_string 函数提示用户输入信息。
• 接下来，你的程序需要将输入的字符串 (string) 转换为一系列8位二进制数，每个字符对应一个二进制数。
• 你可以使用提供的 print_bulb 函数打印一系列 0 和 1，这些数字会以黄色和黑色 emoji 的形式显示，分别代表灯泡的亮和灭。
• 每个包含 8 个符号的“字节”在输出时应单独占一行；并且在最后一个“字节”后也需要添加一个换行符 (\n)。

十进制转二进制的提示

我们以数字 4 为例进行说明。 你将如何将 4 转换为二进制？ 首先考虑最右边的位，如果该位为 on，则会将 1 添加到我们所表示的数字。 你需要打开这个位吗？ 将 4 除以 2 找出答案：

2 可以整除 4，这告诉我们没有余数 1 需要担心。 因此，我们可以安全地将最右边的位关闭：

那么，现在，前面的位，也就是我们发现的这个位左边的那个位呢？ 为了检查，让我们按照类似的过程，但从我们离开的地方继续。 在上一步中，我们将 4 除以 2 得到 2。 现在，2 是否能整除 2 呢？ 答案是可以，因此无需考虑余数 2。

让我们继续进一步。 将 2 除以 2 后，我们剩下 1。 将 1 除以 2 留下余数 1。 这意味着我们需要打开这个位：

现在我们已经将我们的数字除到 0，我们不再需要任何位来表示它。 注意，我们发现这些代表数字 4 的二进制位顺序，与最终需要打印的顺序正好相反：我们可能需要一个结构来让我们存储这些位，以便我们以后可以向前打印它们。 当然，在你的实际代码中，你将使用 8 位的 char，因此你需要预先添加任何需要的 0。

在计算余数时，取模运算符 (%) 会很有用！ 例如，4 % 2 返回 0，这意味着 2 除以 4 的余数为 0。

如何测试你的代码

你的程序应该能像上述示例一样运行。 你可以使用 check50 检查你的代码，check50 是 CS50 在你提交时用来测试你的代码的程序，方法是在 $ 提示符下输入以下内容。 但务必自己也测试一下！

check50 cs50/problems/2023/x/bulbs

要评估你的程序代码风格，请在 $ 提示符下输入以下内容。

如何提交

在你的终端中，执行以下命令来提交你的工作。

submit50 cs50/problems/2023/x/bulbs