需要帮助理解在 C 中将双精度转换为二进制的代码

Question

所以下面是一些我用来理解如何在 C 中获取 double 的二进制文件的代码，但是代码的某些区域对我来说没有意义，我尝试使用 print 语句来帮助我，但是无济于事

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <limits.h>

void double_to_bits(double val);

int main(void)
{
    unsigned idx;

    double vals[] = { 10 };

    for (idx = 0; idx < 4; idx++ ) {
        printf("\nvals[%u]= %+lf-->>", idx, vals[idx] );
        double_to_bits(vals[idx] );
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

void double_to_bits(double val)
{
    unsigned idx;
    unsigned char arr[sizeof val];

    memcpy (arr, &val, sizeof val);
    printf("array is : %s\n", arr);

    for (idx=CHAR_BIT * sizeof val; idx-- ; ) {
        putc(
                ( arr[idx/CHAR_BIT] & (1u << (idx%CHAR_BIT) ) )
                ? '1'
                : '0'
                , stdout
        );
    }
}

arr[idx/CHAR_BIT] 返回什么？我知道如果 idx = 63 那么我们得到 arr[7] 但在打印语句中这些似乎只是给出随机整数值。

还有，为什么 arr[idx/CHAR_BIT] 和 (1u%CHAR_BIT) 之间的 & 操作数会给出 2 个奇怪的字符符号？ & 操作数如何作用于这两个值？

感谢您的时间和帮助。

Answer 1

此代码将vals 定义为具有一个元素：

    double vals[] = { 10 };

这段代码使用vals，好像它有四个元素：

    for (idx = 0; idx < 4; idx++ ) {
        printf("\nvals[%u]= %+lf-->>", idx, vals[idx] );
        double_to_bits(vals[idx] );
    }

正因为如此，程序的行为不是由 C 标准定义的，不同的编译器会做不同的事情。你没有向我们展示你得到了什么输出，所以我们无法分析你的编译器做了什么。我似乎认为，由于vals 只有一个元素，它永远不需要计算idx 在vals[idx] 中的值；它总是可以使用vals[0]。所以每次迭代都对值 10 进行操作。您的编译器可能已经从数组外部的内存中加载并使用了不同的值。

arr[idx/CHAR_BIT] 返回什么？

CHAR_BIT 在<limits.h> 中定义为一个字节中的位数。由于unsigned char arr[sizeof val]; 的定义，arr 是一个数组，其元素（每个字节）与double 中的字节数一样多。因此，例如，如果一个字节中有 8 位，double 中有 8 个字节，那么arr 有 8 个 8 位元素，总共 64 位。

使用这些示例数字，for 循环通过从 63 到 0 的数字迭代 idx。然后代码使用 idx 作为 arr 中位的计数器。表达式idx/CHAR_BIT 计算出数组的哪个元素包含编号为idx 的位：每个数组元素都有CHAR_BIT 位，位0-7（当CHAR_BIT 为8 时）在元素0 中，位8-15在元素 1 中，第 16-23 位在元素 2 中，依此类推。因此，将idx 除以CHAR_BIT 并截断为整数（这是/ 运算符对整数操作数所做的）给出了数组元素的索引，该数组元素的位为idx。

然后arr[idx/CHAR_BIT] 获取该元素。然后我们需要从该元素中挑选出单个位。 idx%CHAR_BIT 将idx 的余数除以CHAR_BIT，因此它给出了一个字节内的位数。然后1u << (idx%CHAR_BIT) 将 1 移动该数字。结果是数字，当以二进制表示时，该数字的位为 1，其他位为 0。

然后& 运算符将其与数组元素进行与运算。如果数组元素有一个 0，其中 1 已移动到，则结果为零。如果数组元素有一个 1，其中 1 已被移到，则结果是该位（仍在其位置）。

然后? '1' : '0;' 使用 AND 的结果来选择字符“1”（如果结果不为零）或字符“0”（如果结果为零）。该字符被传递给putc 进行打印。

我知道如果 idx = 63 那么我们得到 arr[7] 但在打印语句中这些似乎只是给出随机整数值。

当上述数组边界问题得到纠正并且double_to_bits 被传递一个有效值时，它应该打印编码double 值的位。在大多数 C 实现中，这将是 0100000000100100000000000000000000000000000000000000000000000000，这是 IEEE-754 binary64 格式的编码，也称为双精度。

还有为什么 arr[idx/CHAR_BIT] 和 (1u%CHAR_BIT) 之间的 & 操作数会给出 2 个奇怪的字符符号？

你没有显示奇怪的字符符号或其他输出，所以我们没有输出要解释。

语句printf("array is : %s\n", arr); 打印arr 就好像它是一个包含可打印字符的字符串，但它用于包含“原始二进制数据”，因此您不应期望该数据在打印时会产生有意义的字符。删除该声明。此外，您的程序越界访问 vals 的事实可能会导致输出出现其他复杂情况。