Arduino中不需要的符号扩展答案

【问题标题】：Unwanted sign extension in ArduinoArduino中不需要的符号扩展
【发布时间】：2016-11-06 14:54:12
【问题描述】：

我正在尝试在 Arduino 中实现逻辑右移（即避免符号扩展），在阅读了 Arduino BitShift 指南 (https://www.arduino.cc/en/Reference/Bitshift) 后，它建议将无符号变量向右移动，不会导致符号扩展：

当您将 x 右移 y 位 (x >> y) 时，x 中的最高位是 a 1，行为取决于 x 的确切数据类型。如果 x 是类型 int，最高位为符号位，判断x是否为正如我们上面讨论的那样，是否定的。在这种情况下，标志由于深奥的历史原因，位被复制到低位：
int x = -16;     // binary: 1111111111110000
int y = x >> 3;  // binary: 1111111111111110 This behavior, called sign extension, is often not the behavior you want. Instead, you may
希望零从左边移入。事实证明，对 unsigned int 表达式的移位规则不同，因此您可以使用用于禁止从左侧复制的类型转换。

在我的测试中，它不是这样工作的：

Serial.print( ((uint32_t)(1<<15)) >> 15, BIN);

打印：

11111111111111111

也就是说，正在进行符号扩展。我还尝试了那里的建议示例，结果相同。

我做错了吗？另外是否可以进行移位并强制操作是逻辑而不是算术？

【问题讨论】：

如果您使用无符号整数开头，则可以取消强制转换，如(1u << 15) >> 15。
>> 超过负值是实现定义的行为。
@Someprogrammerdude 即使我这样做了，符号扩展仍然会发生，虽然 15 不是负数...

标签： c++ c arduino bit-manipulation bit-shift

【解决方案1】：

首先，我认为您遗漏了一些关键信息：看起来您必须使用 16 位 int 类型的 Arduino 板（例如，Arduino Uno）。

这里的问题是整数提升在 C 和 C++ 中是如何工作的。当您将 16 位有符号整数文字 1<<15 转换为 32 位无符号整数文字时，将采取以下步骤：

您正在从 16 位转换为 32 位，因此它将首先将您现有的文字扩展到 32 位。由于它是有符号文字，因此首先将其符号扩展为 32 位有符号值。
现在操作数具有与所需类型相同的位宽，编译器将其转换为 32 位无符号整数类型。

我没有 16 位机器来测试这个，但我可以使用这个测试程序在我的 64 位笔记本电脑上复制相同的行为：

#include <stdio.h>
#include <inttypes.h>

int main(int argc, const char* argv[]) {
    printf("%" PRIx64 "\n", ((uint64_t)(1 << 31)));
    // prints ffffffff80000000
    printf("%" PRIx64 "\n", ((uint64_t)(1 << 31)) >> 31);
    // prints 1ffffffff
    return 0;
}

所以你可以在这个程序中看到，不是 >> 操作在进行不需要的符号扩展，而是从 32 位有符号整数转换为 64 位无符号整数，因为转换实际上就像这个：

int32_t → int64_t → uint64_t

如果你想避免额外的符号扩展，你应该从一个无符号文字开始（正如一些程序员在他的评论中建议的那样），或者强制转换为相同宽度的无符号类型。这些中的任何一个都应该起作用：

Serial.print( ((uint32_t)(1u<<15)) >> 15, BIN);
Serial.print( ((uint16_t)(1<<15)) >> 15, BIN);
Serial.print( ((uint32_t)(uint16_t)(1<<15)) >> 15, BIN);

【讨论】：