Преобразовать со знаком int переменной размера бит

Question

У меня есть количество бит (количество бит может измениться) в беззнаковом int (uint32_t).Например (в примере 12 битов):

uint32_t a = 0xF9C;

Биты представляют целое число со знаком этой длины.В этом случае десятичное число должно быть -100.Я хочу сохранить переменную в знаковой переменной и получает это фактическое значение.Если я просто использую:

int32_t b = (int32_t)a;

, это будет просто значение 3996, поскольку оно приводится к (0x00000F9C), но на самом деле оно должно быть (0xFFFFFF9C)

Я знаю один способсделайте это:

union test
{
    signed temp :12;
}; 
union test x;
x.temp = a;
int32_t result = (int32_t) x.temp;

Теперь я получаю правильное значение -100

Но есть ли лучший способ сделать это?Мое решение не очень гибкое, так как я упомянул, что число битов может варьироваться (от 1 до 64 бит).

Answer 1

Но есть ли лучший способ сделать это?

Ну, зависит от того, что вы подразумеваете под "лучше".Пример ниже показывает более гибкий способ сделать это, поскольку размер битового поля не фиксирован.Если в вашем случае использования требуются биты другого размера, вы можете считать это «лучшим» способом.

unsigned sign_extend(unsigned x, unsigned num_bits)
{
    unsigned f = ~((1 << (num_bits-1)) - 1);
    if (x & f)  x = x | f;
    return x;
}


int main(void)
{
    int x = sign_extend(0xf9c, 12);
    printf("%d\n", x);

    int y = sign_extend(0x79c, 12);
    printf("%d\n", y);
}

Вывод:

-100
1948

Answer 2

Свободный способ подписать расширение битового поля (Генри С. Уоррен-младший, CACM v20 n6, июнь 1977 г.) заключается в следующем:

// value i of bit-length len is a bitfield to sign extend
// i is right aligned and zero-filled to the left
sext = 1 << (len - 1);
i = (i ^ sext) - sext;

ОБНОВЛЕНИЕ на основе @ комментария Лундина

Вот проверенный код (отпечатки -100):

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

int32_t sign_extend (uint32_t x, int32_t len)
{
    int32_t i = (x & ((1u << len) - 1)); // or just x if you know there are no extraneous bits
    int32_t sext = 1 << (len - 1);
    return (i ^ sext) - sext;
}

int main(void)
{
    printf("%d\n", sign_extend(0xF9C, 12));
    return 0;
}

Answer 3

Разумный, переносимый и эффективный способ сделать это - просто замаскировать часть данных, а затем заполнить все остальное 0xFF ..., чтобы получить правильное представление дополнения 2.Вы должны знать, сколько битов являются частью данных.

• Мы можем замаскировать данные с помощью (1u << data_length) - 1.
• В этом случае с data_length = 8 маска данных становится 0xFF.Давайте назовем это data_mask.
• Таким образом, часть данных числа равна a & data_mask.
• Остальная часть числа должна быть заполнена нулями.То есть все, что не является частью маски данных.Для этого просто наберите ~data_mask.
• C код: a = (a & data_mask) | ~data_mask.Теперь a является правильным 32-битным дополнением 2.

Пример:

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

int main(void) 
{
  const uint32_t data_length = 8;
  const uint32_t data_mask = (1u << data_length) - 1;

  uint32_t a = 0xF9C;
  a = (a & data_mask) | ~data_mask;

  printf("%"PRIX32 "\t%"PRIi32, a, (int32_t)a);
}

Вывод:

FFFFFF9C        -100

Это зависит от int, являющегося 32биты 2 дополняют, но в остальном полностью переносимы.

Answer 4

Это решение вашей проблемы:

int32_t sign_extend(uint32_t x, uint32_t bit_size)
{
    // The expression (0xffffffff << bit_size) will fill the upper bits to sign extend the number.
    // The expression (-(x >> (bit_size-1))) is a mask that will zero the previous expression in case the number was positive (to avoid having an if statemet).
    return (0xffffffff << bit_size) & (-(x >> (bit_size-1))) | x;
}
int main()
{

    printf("%d\n", sign_extend(0xf9c, 12)); // -100
    printf("%d\n", sign_extend(0x7ff, 12)); // 2047

    return 0;
}

Answer 5

Это опирается на определенную реализацию поведения расширения знака при смещении вправо отрицательных целых чисел со знаком.Сначала вы сдвигаете целое число без знака до конца, пока знаковый бит не станет MSB, а затем приведете его к целому числу со знаком и вернетесь назад:

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

#define NUMBER_OF_BITS 12

int main(void) {
    uint32_t x = 0xF9C;
    int32_t y = (int32_t)(x << (32-NUMBER_OF_BITS)) >> (32-NUMBER_OF_BITS);

    printf("%d\n", y);

    return 0;
}