如何在 C 中使用有符号或无符号整数进行位映射？

Question

我想重置 int32_t 的第 31 位（最后一位，0 到 31 范围），只有这种情况似乎失败了。 即，当“i”为 31 时，输出失败，它返回 -1。错误是什么？如何解决？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void Release(int ResetBit, int32_t *Val)
{
    int32_t testBit = 1; /* XoR Bit */

    if (ResetBit >= 0 && ResetBit < 32)
    {
        testBit = (testBit << ResetBit);
        *Val ^= testBit;
    }
    else
    {
        perror("Max range is 0-31 only, failed! ");
        //exit(1);
    }  
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int count = 0;
    for (int i = 0; i < 32; i++)
    {
        int32_t MaxValue = 2147483647;
        Release(i, &MaxValue);
        printf("MaxValue = %d NodeID = % d\n", MaxValue, i);
        count++;
   }
    printf("%d", count);
    return 0;
}

情况 i = 31 的输出是：

MaxValue = -1 节点 ID = 31

Answer 1

使用正确的按位运算。重置位使用&

int32_t ResetBit(int bit, int32_t *val)
{
    uint32_t mask = ~(1UL << bit);

    *val &= mask;
    return *val;
}

及用法：

void printnitd(int32_t val)
{
    for(uint32_t mask = 1UL << 31; mask; mask >>= 1)
    {
        printf("%c",  (val & mask) ? '1' : '0');
    }
}

int main(void)
{
    for(int bit = 0; bit < 32; bit++)
    {
        int32_t a = -1;
        printf("bit %u = ", a);
        printnitd(ResetBit(bit, &a));
        printf("\n");
    }
}

Answer 2

如果您不需要实际的签名类型，请使用uint32_t，所有问题都会消失。在有符号类型上使用位运算符的问题是各种形式的定义不明确的行为。

例如，将某些内容左移到 int32_t 的符号位会导致未定义的行为，这意味着如果您的编译器未使用非标准扩展覆盖这种情况，则会出现潜在错误。类似地，负数右移可以导致算术或逻辑移位，C 标准没有指定哪一种，但允许两种形式。

话虽如此，如果您只是想设置/清除int32_t 的第 31 位，则可以这样进行：

int32_t i32 = ...;
i32 |= 1u << 31;    // set MSB
i32 &= ~(1u << 31); // clear MSB
i32 ^= 1u << 31;    // toggle MSB

u 确保无符号算术。

Answer 3

首先：位图不要使用有符号整数。始终使用无符号。原因是对有符号整数进行位移可能会导致未定义的行为，而对无符号整数进行位移总是安全的。

其次：您在 Release 函数中使用 XOR。与testBit 进行异或不会清除一点。 XOR 将切换位值，即 1 变为 0，0 变为 1。相反，您想要：*Val &= ~testBit; 它的工作方式如下：

If testBit is    0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.1000
then ~testbit is 1111.1111.1111.1111.1111.1111.1111.0111
then *Val &= ... will clear bit number 3 and keep all other unchanged 
as `&` is a bitwise AND operation.

使用无符号时，请记住将printf 更改为打印无符号而不是使用%d，即像printf("%" PRIu32 "\n", uint32t_variable);。

编辑

XOR 出了什么问题？

假设您正在使用uint32_t 和 XOR，那么会发生这种情况：

您的输入是

0111.1111.1111.1111.1111.1111.1111.1111

和你异或

1000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000

切换位 31 导致

1111.1111.1111.1111.1111.1111.1111.1111

该函数应该清除第 31 位，但它没有。 XOR 不是正确的运算符。