C - 添加原始字节时的符号

Question

我的 uint8_t 数组中有传感器数据，这些数据是有符号的(当连接到 16 位值时)。 现在，我想对 N 个周期的值进行平均，这样我就必须将它们添加到一个大于 int16_t 的值，即 int32_t 值。

int32_t val_x = 0 

//...

//do this n times when data is received, dataReceived is a uint8_t array
val_x += ((int16_t)dataReceived[3] << 8) | dataReceived[4];

但我感觉这可能会导致错误。假设我的值为 -1 (0xFFFF) 并将其添加到 32 位有符号值，它会将其解释为正值，对吧？或者编译器是否知道，当我转换为 int16_t 时，这是一个负值，并将在 int32_t 变量 val_x 中将其表示为 0xFFFFFFFF？我是否需要对总值(value)进行更多调整，例如

val_x += (int16_t)(((int16_t)dataReceived[3] << 8) | dataReceived[4]); 

我在 16 位(或可能是带有一些始终为零的位的 24 位)(来自 Microchip 的 PIC24F)上进行编程。 我希望你能明白我遇到的问题。我对这样一个看似微不足道的问题有点迷失......

Answer 1

在 (int16_t)dataReceived[3] << 8 ，uint8_t dataReceived[3]转换为int16_t 。这种转换是按值(value)进行的；代表它的位是不相关的。既然都是uint8_t值可用 int16_t 表示，结果是 0 到 255 之间的值(含 0 和 255)。在您询问的情况下，该值为 255。

然后对 << 的左操作数执行整数提升 。如果int在此 C 实现中是 16 位，则 int16_t是 int 的别名或者转换为int 。 (异常(exception):如果 C 实现不使用 int 的补码，则行为会更复杂。但是，本答案不会对此进行讨论。)然后执行移位操作。数学上将 255 左移 8 位得到 65,280。然而，这不能用 16 位 int 来表示。 ，因此行为未定义，根据 C 2018 6.5.7 4。

如果int比 16 位宽，则整数提升提升 int16_t至int ，移位不会溢出，结果是 0 到 65,280(含)之间的某个值，即 256 的倍数。

然后输入 dataReceived[4] 进行或运算将其位合并到该值中。结果是 0 到 65,535 之间的值(含 0 和 65,535)。

然后转换为 (int16_t)被申请;被应用。如果值为 0 到 32,767，则为结果。否则，该值无法用 int16_t 表示。 。然后，根据 C 2018 6.3.13，结果是实现定义的或引发实现定义的信号。 GCC 和 Clang 将结果定义为对 2¹⁶ 进行换行，因此这将产生您想要的结果。其他编译器可能不会产生您想要的结果。

如果int是16位，可以通过强制转换 dataReceived[3] 来避免移位溢出至int32_t而不是int16_t 。那么整数提升不会改变它，并且 int32_t值将发生变化。

但是，由于最终转换为 int16_t 时我们仍然需要处理溢出问题，还有另一种方法:

uint16_t tu = (uint16_t) dataReceived[3] << 8 | dataReceived[4];
int16_t  ti;
memcpy(&ti, &tu, sizeof ti);
val_x += ti;

这个:

• 转化 dataReceived[3]至uint16_t所以类次不会溢出。
• 完成移位和合并并将结果存储在临时 uint16_t 中对象。
• 复制 uint16_t 的位对象进入 int16_t对象将它们重新解释为 16 位二进制补码整数。
• 将整数添加到 val_x .

以下代码实际上是相同的，并且避免了命名临时代码，但对于新手 C 程序员来说可能不太熟悉且难以阅读:

val_x += (union { uint16_t u; int16_t i; }) { (uint16_t) dataReceived[3] | dataReceived[4] } .i;