如何将 MSB 复制到其余字节？答案

【问题标题】：How to copy MSB to rest of the byte?如何将 MSB 复制到其余字节？
【发布时间】：2016-05-13 19:32:26
【问题描述】：

在中断子程序（每 5 µs 调用一次）中，我需要检查一个字节的 MSB 并将其复制到该字节的其余部分。

我需要做类似的事情：

if(MSB == 1){byte = 0b11111111}
else{byte = 0b00000000}

我需要它让它快，因为它在一个中断子程序上，而且上面还有一些代码，所以效率正在调用。

因此，我不想使用任何 if、switch、select 或 >> 操作数，因为我认为它会减慢进程。如果我错了，那我就走“简单”的路。

我尝试过的：

byte = byte & 0b100000000

这给了我0b10000000 或0b00000000。

但我需要第一个成为0b11111111。

我想我在某处（加上其他门）错过了一个 OR。我不知道，我的直觉告诉我这应该很容易，但现在不适合我。

【问题讨论】：

你展示的条件确实够用了。而且它将比任何位黑客更具可读性。
您使用的是 C 语言吗？或者，您是在 asm 中执行此操作吗？如果您使用带符号的右移方法，请查看微控制器的 ISA 参考手册以获取算术右移操作码，以确保 [它可能有效]。或者，只需创建一个测试用例。在 C 中，只需反汇编代码以确保获得预期的操作码。
@Craig Estey：我正在使用 C。谢谢，我记住了。
@Eugene Sh：因为它在中断子程序中，所以速度比清晰度更宝贵。如果没有，我会选择有条件的。
刚刚在 x86 上对此进行了测试，使用 -O2 执行 m = (m & 0x80) ? 0xFF : 0x00 将导致优化器生成单个 sar inst（即它想通了）。我认为这很可能是因为我之前已经看到过类似的“针孔”优化，用于类似这样的有用/常见构造。因此，具有讽刺意味的是，您的 first 代码示例将生成最佳代码 ...

【解决方案1】：

诀窍是为您的byte 变量使用带符号的类型，例如int8_t，并利用右移操作的符号扩展 功能：

byte = byte >> 7;

右移速度非常快 - 大多数现代（甚至不那么现代）CPU 上的一条指令。

之所以有效，是因为 >> 在有符号操作数上会在左侧插入符号位以保留其操作数的符号。这称为符号扩展。

注意：从技术上讲，这种行为是实现定义的，因此不是普遍可移植的。谢谢Eugene Sh. 的评论和reference。

【讨论】：

这很可爱。使字节签名，它变得微不足道。很好的答案。
移位有符号负整数的结果是实现定义的。 port70.net/~nsz/c/c11/n1570.html#6.5.7p5
@EugeneSh。感谢您的参考和评论，我已经习惯了将其实现为算术移位，以至于我没有意识到它是实现定义的。我编辑了答案以包含您的参考。
有时非int 类型上的符号扩展需要多条指令：实际发生的情况是编译器首先左移 24 位，然后右移 31。如果是这种情况，那就再好不过了而不是比较后的条件移动。
@user3528438 OP 在单个字节上运行，因此他的嵌入式编译器应该生成单个 ASR 指令。

【解决方案2】：

编辑：我的回答让人们感到困惑，因为我没有指定无符号字节。这里我的假设是B 是unsigned char 类型。正如下面的一条评论所指出的，我可以省略&1。这没有其他张贴者提出的有符号字节解决方案那么快，但是这段代码应该是可移植的（一旦了解B 是无符号类型）。

 B = -((B >> 7)&1)

负数我们是朋友。顺便说一句，移位应该很快。

【讨论】：

【解决方案3】：

MSB 实际上是数字的符号位。负数为 1，正数为 0。所以最简单的方法是

if(byte < 0)
{
    byte = -1;
}
else
{
    byte = 0;
}

因为 -1 = 11111111 二进制。

如果是无符号整数，只需简单地将其类型转换为有符号值，然后如上所述再次比较它。

【讨论】：

值 -1 不一定是所有 1 位，因为 C 允许使用其他有符号格式，如 1 的补码和符号幅度
@LưuVĩnhPhúc 你能举个例子吗？
-1 可以是 11111110 的补码，10000001 的符号幅度，假设 8 位字节 Representation of negative numbers in C?
@LưuVĩnhPhúc，在这两种情况下（一个补码或符号大小），MSB 保持不变（即 1 表示负数）。
没有。 C 中带符号类型的右移是implementation defined behavior。如果始终填写有符号位，则 -1 可能会变为 -0 或 -64 作为补码和符号幅度