Java 中的 24 位到 32 位转换

Question

我对一个名为 OpenBCI 的新 IoT 项目感兴趣，它基本上是一个开源 EEG，用于读取和处理脑电波和其他生物数据。在他们的docs 中，他们声称无线传输的数据（通过 RFDuino）发送 24 位数据。要将 24 位值转换为 32 位有符号整数，他们建议使用以下 Java 友好的 Processing 代码：

int interpret24bitAsInt32(byte[] byteArray) {
    int newInt = (
        ((0xFF & byteArray[0]) << 16) |
        ((0xFF & byteArray[1]) << 8) |
        (0xFF & byteArray[2])
    );

    if ((newInt & 0x00800000) > 0) {
        newInt |= 0xFF000000;
    } else {
        newInt &= 0x00FFFFFF;
    }

    return newInt;
}

我想我正试图准确地了解这里发生了什么。让我们看一下第一段代码：

int newInt = (
    ((0xFF & byteArray[0]) << 16) |
    ((0xFF & byteArray[1]) << 8) |
    (0xFF & byteArray[2])
);

• 为什么假设输入中有 3 个字节是安全的？
• 0xFF 值有什么意义？
• 左移位 (<<) 的目的是什么？

第二段也有点神秘：

if ((newInt & 0x00800000) > 0) {
    newInt |= 0xFF000000;
} else {
    newInt &= 0x00FFFFFF;
}

• 为什么是newInt & 0x00800000？ 0x00800000有什么意义？
• 为什么if-else 基于上述操作的正负结果？
• 0xFF000000和0x00FFFFFF有什么意义？

我想我想更好地理解这个功能！

Answer 1

为什么假设输入中有 3 个字节是安全的？

24 位 / 8 位 = 3 个字节

0xFF 值的意义是什么？

这是一个位掩码。 0b11111111 二进制。在这种情况下，它被用作将字节值转换为 int 的快速方法。

左移（

一旦在上一条指令中检索到 int 值，它就会向左移动 16 位以获取 int 的第三个字节的位置（从右开始计数）。这是由于字节数组以big-endian 格式存储字节，其中 MSB 位于首位。下一个字节只移动了 8 位，占据了第二个字节的位置，最后一个字节根本不需要移动，因为它已经在第一个字节的位置。

为什么是 newInt & 0x00800000？ 0x00800000有什么意义？

0x80 是另一个位掩码，用于获取某个字节的 MSB。 0x00800000 对应于第三个字节的 MSB（即 byteArray[0] 中的字节在前一个进程中左移了 16 位）。这也对应整个 24 位值的 MSB。

为什么 if-else 基于上述操作的正负结果？

确定 24 位值的 MSB 是 1 还是 0 将分别以 two's complement 表示法告诉我们它是负数还是正数。

0xFF000000和0x00FFFFFF的意义是什么？

如果数字在 24 位表示中为负数，我们也希望它在二进制补码中作为 32 位值是负数，这就是为什么我们必须用 0b11111111 (0xFF) 填充第 4 个和最后一个字节使用 OR 运算符。
如果它已经是正数，那么第四个字节可以是 0x00，接下来的 3 个字节与原始的 24 位值相同 - 通过使用 0x00FFFFFF 屏蔽来完成。