在 C 中读取和写入整数的最高位的最便携的方法是什么？

Question

在 C 中读取和写入整数的最高位最便携的方法是什么？

这是一个彭博采访问题。当时我没有给出最佳答案。谁能解答一下？

Answer 1

#define HIGH_BIT(inttype) (((inttype)1) << (CHAR_BIT * sizeof(inttype) - 1))

示例用法：

ptrdiff_t i = 4711;
i |=  HIGH_BIT(ptrdiff_t);  /* set high bit */
i &= ~HIGH_BIT(ptrdiff_t);  /* clear high bit */

Answer 2

首先，请注意，如果我们谈论有符号整数，则没有可移植的方式来访问最高位；标准中根本没有定义单一的可移植表示，因此“top bit”的含义原则上可以有所不同。此外，C 不允许直接访问按位表示；您可以将 int 作为 char 缓冲区访问，但您不知道“最高位”的位置。

如果我们只关心有符号整数的非负范围，并假设该范围的大小是 2 的幂（如果不是，那么我们需要再次关心有符号表示）：

#define INT_MAX_BIT (INT_MAX - (INT_MAX >> 1))
#define SET_MAX_BIT(x) (x | INT_MAX_BIT)
#define CLEAR_MAX_BIT(x) (x & ~INT_MAX_BIT)

类似的方法可以用于无符号整数，它可以用来获取真正的最高位。

Answer 3

这是一个愚蠢的，使用：

Built-in Function: int __builtin_clz (unsigned int x)

Returns the number of leading 0-bits in x, starting at the most
significant bit position. If x is 0, the result is undefined. 

第一次尝试：

int get_msb(int x) { return x ? __buildin_clz(x) == 0 : 0; }

注意：C 的一个怪癖是指定int 或unsigned int 参数的函数可以用其他类型调用而不会发出警告。但是，这可能涉及转换 - C++ 标准 4.7.2 说：

如果目标类型是无符号的，则结果值是与源整数一致的最小无符号整数（模 2n，其中 n 是用于表示无符号类型的位数）。 [注意：在二进制补码表示中，这种转换是概念性的，位模式没有变化（如果没有截断）。 ]

这意味着如果位模式不是二进制补码表示，则可能会更改位模式，这也会阻止此“解决方案”可靠地工作。 :-(

Chris 在下面的评论提供了一个解决方案（在此合并为一个函数而不是预处理器宏）：

int get_msb(int x) { return x ? __buildin_clz(*(unsigned*)&x) == 0 : 0; }

Answer 4

这个有什么问题？

int get_msb(int n){
    return ((unsigned)n) >> (sizeof(unsigned) * CHAR_BIT - 1);
    // or, optionally
    return n < 0;
};

int set_msb(int n, int msb){
    if (msb)
         return ((unsigned)n) |  (1ULL << (sizeof(unsigned) * CHAR_BIT - 1));
    else return ((unsigned)n) & ~(1ULL << (sizeof(unsigned) * CHAR_BIT - 1));
};

它负责字节序、字节中的位数，并且也适用于 1 的补码。

Answer 5

如果类型是无符号的，那就简单了：

(type)-1-(type)-1/2

对于带符号的值，我不知道。如果您找到一种方法，它将回答关于 SO 的几个未回答的问题：

C question: off_t (and other signed integer types) minimum and maximum values

Is there any way to compute the width of an integer type at compile-time?

也许是其他人。