Sesja 5 — Tablice: Twoja pierwsza maszyna wirtualna

✅ Sprawdź się z sesji 4

Cel

Poznać tablice i użyć ich, żeby napisać pierwszą, bardzo prostą wersję maszyny wirtualnej — programu, który wykonuje sekwencję instrukcji zapisaną jako dane, a nie jako kod źródłowy C. To moment, w którym kurs zaczyna wyraźnie zmierzać w stronę CHIP-8.

Teoria w pigułce

Tablica — wiele wartości pod jedną nazwą

int liczby[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
printf("%d\n", liczby[0]);   // 10 -- indeksowanie od zera!
printf("%d\n", liczby[4]);   // 50 -- ostatni element to N-1, nie N

Tablica to ciągły blok pamięci mieszczący N elementów tego samego typu. liczby[2] znaczy dosłownie “przesuń się od początku tablicy o 2 elementy” — C nie sprawdza, czy indeks mieści się w zakresie (w odróżnieniu od wielu innych języków). liczby[5] (poza zakresem dla tablicy o rozmiarze 5) nie da błędu kompilacji ani zwykle w trakcie działania — po prostu odczyta/nadpisze pamięć, która do tej tablicy nie należy. To niezdefiniowane zachowanie — zapamiętaj to zdanie, bo usłyszycie je jeszcze wielokrotnie w tym kursie.

Pętla `for` po tablicy

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("%d\n", liczby[i]);
}

To najczęstszy wzorzec użycia tablic: for z licznikiem od 0 do rozmiar - 1.

Program jako dane — kluczowa idea tej sesji

Do tej pory Wasze programy miały logikę wpisaną na sztywno w kod C — chcieliście inne zachowanie, zmienialiście main.c i kompilowaliście od nowa. Co, gdyby program, który ma się wykonać, sam był danymi w tablicy, a Wasz kod C tylko je odczytywał i wykonywał?

// "Program" jako para liczb: (kod_operacji, wartosc)
int program[] = {
    1, 10,   // instrukcja 0: "wczytaj 10"
    2, 5,    // instrukcja 1: "dodaj 5"
    3, 0,    // instrukcja 2: "wypisz wynik"
};
int liczba_instrukcji = 3;

To jest dokładnie ten sam pomysł co ROM w CHIP-8

memory[] w emulatorze, który napiszecie za kilka tygodni, to jest dokładnie ta sama idea, tylko że tam dane wczytacie z pliku zamiast wpisywać ręcznie w kodzie, a “kod operacji” nazywa się opcode. Dziś budujecie miniaturową, uproszczoną wersję tego samego mechanizmu — bez pliku, bez rejestrów, tylko żeby oswoić się z ideą “dane, które są programem”.

Zadania

Zadanie 1 — wykonaj zakodowaną sekwencję

Napisz program, który przechodzi przez tablicę program[] z sekcji teorii, parami (indeks i i i+1), i dla każdej pary:

jeśli kod operacji to 1 — zapamiętaj drugą liczbę jako “akumulator”,
jeśli 2 — dodaj drugą liczbę do akumulatora,
jeśli 3 — wypisz akumulator.

Użyj switch (z sesji 3!) wewnątrz pętli for (z sesji 4!) przechodzącej po tablicy co 2 elementy (i += 2).

int akumulator = 0;

for (int i = 0; i < liczba_instrukcji * 2; i += 2) {
    int kod = program[i];
    int wartosc = program[i + 1];

    switch (kod) {
        case 1:
            akumulator = wartosc;
            break;
        case 2:
            akumulator += wartosc;
            break;
        case 3:
            printf("Wynik: %d\n", akumulator);
            break;
        default:
            printf("Nieznana instrukcja: %d\n", kod);
    }
}

Uruchom, sprawdź czy wypisuje 15 (10 + 5).

Zadanie 2 — dopisz własne instrukcje

Dodaj do switcha dwie nowe operacje: 4 (odejmij drugą liczbę od akumulatora) i 5 (pomnóż akumulator przez drugą liczbę). Zmień tablicę program[] tak, żeby użyć wszystkich pięciu operacji po kolei, i ręcznie policz na kartce, jaki wynik powinien wyjść, zanim uruchomisz program — potem porównaj.

Zadanie 3 — dłuższy “program”

Rozbuduj program[] do co najmniej 8 instrukcji (możesz powtarzać operacje). Policz liczba_instrukcji automatycznie zamiast wpisywać ręcznie:

int liczba_instrukcji = sizeof(program) / sizeof(program[0]) / 2;

sizeof(program) to rozmiar całej tablicy w bajtach, sizeof(program[0]) to rozmiar jednego elementu — iloraz daje liczbę elementów, dzielimy jeszcze przez 2, bo elementy są parami. To standardowy idiom w C do liczenia rozmiaru tablicy — zapamiętaj go, przyda się w wielu miejscach.

Kryterium sukcesu

Program poprawnie wykonuje zakodowaną sekwencję instrukcji z tablicy.
Dodałeś/aś co najmniej dwie własne operacje do switcha.
Rozumiesz zdanie: “program to nie musi być kod C — to może być dowolna sekwencja danych, którą Twój kod C interpretuje” — to jest najważniejsza idea całego kursu, wypowiedziana wprost pierwszy raz w tej sesji.