如何使用 Lua 将一对字节转换为有符号的 16 位整数？答案

【问题标题】：How can I convert a pair of bytes into a signed 16-bit integer using Lua?如何使用 Lua 将一对字节转换为有符号的 16 位整数？
【发布时间】：2016-12-03 02:13:34
【问题描述】：

我正在编写一个程序，该程序需要将小（最多 16 位）有符号整数序列化为二进制文件。作为其中的一部分，我需要编写一个可以将整数拆分为两个字节的函数，以及另一个可以将这对字节转换回原始整数的函数。

我想到的第一个想法是解决这个问题，就像我如何解决它 C：

function dump_i16(n)
  assert (-0x8000 <= n and n < 0x8000) -- 16 bit
  local b1 = (n >> 8) & 0xff
  local b2 = (n >> 0) & 0xff
  return b1, b2
end

function read_i16(b1, b2)
  assert (0 <= b1 and b1 <= 0xff) -- 8 bit
  assert (0 <= b2 and b2 <= 0xff) -- 8 bit
  return (b1 << 8) | (b2 << 0)
end

但是，这些函数会在负数上中断，因为 Lua 整数实际上有 64 位，而我只保留低 16 位：

-- Positive numbers are OK
print( read_i16(dump_i16(17)) ) -- 17
print( read_i16(dump_i16(42)) ) -- 42

-- Negative numbers don't round trip.
print( read_i16(dump_i16(-1)) )  -- 65535 = 2^16 - 1
print( read_i16(dump_i16(-20)) ) -- 65516 = 2^16 - 20

修改我的 read_i16 函数使其对负数正常工作的最简洁方法是什么？

如果可能的话，我宁愿使用纯 Lua 5.3 来完成这项工作，而无需编写 C 代码。

【问题讨论】：

您的 dump_i16 正在生成无符号值 [0,256)，因此您的断言总是会失败
你说过read_i16(dump_i16(-20) == 65516和65516 == 2^16 -20。为什么不直接从结果中减去2^16...？
@Moop：你是对的。我应该在半夜编辑之前测试一下……

标签： lua bit-manipulation

【解决方案1】：

Lua 5.3 有特殊的转换功能。

将整数 -32768..32767 以大端顺序转换为长度为 2 的字符串：

local a_string = string.pack(">i2", your_integer)

将其转换回来（“a_string”的前两个字节正在被转换）：

local an_integer = string.unpack(">i2", a_string)

【讨论】：

【解决方案2】：

你需要一个逻辑右移来处理这个标志。见Difference between >>> and >>。 Lua 没有，所以你自己做。由于 Lua 整数默认为 64，因此您将 64 减去您所做的移位数。

function dump_i16(n)
   assert (-0x8000 <= n and n < 0x8000)
   local b1 = (n >> 8) & ~(-1<<(64-8))
   local b2 = (n >> 0) & 0xff
   return b1, b2
end

【讨论】：

有没有办法修改read_i16而不是dump_i16？我需要 b1 和 b2 都适合单个字节。
Lua 5.2 不支持<< 和>> 风格的按位运算。能否为 Lua 5.2 添加解决方案？

【解决方案3】：

修复 read_i16 的一种方法是使用 string.pack 内部使用的符号扩展算法：

function read_i16(b1, b2)
  assert (0 <= b1 and b1 <= 0xff)
  assert (0 <= b2 and b2 <= 0xff)
  local mask = (1 << 15)
  local res  = (b1 << 8) | (b2 << 0)
  return (res ~ mask) - mask
end

【讨论】：