构造带符号的位域

Question

下面我构建了一些我正在处理的使用位域的代码的小示例。在实现比较运算符时，我注意到它没有按预期工作。问题是 -1 似乎不小于 1.

想了一会儿，我觉得构造函数中的掩码有问题。

我在那里添加了 "aValue & MAX_VALUE"，否则编译器会发出转换警告。但是，首先使用 MAX_VALUE 进行掩码，然后转换为 int32_t 并没有给我正确的结果。

有谁知道我该如何解决这个问题？当我在 main() 方法中编写 minusOne.v = -1; 时，我似乎确实得到了预期的结果。但我不确定如何在构造函数中编写它（没有收到转换警告）。

#include <iostream>
#include <cstdint>

using namespace std;

struct int27_t
{
    int32_t v:27;

    constexpr static int32_t MIN_VALUE = -(1L << 26);
    constexpr static int32_t MAX_VALUE = (1L << 26) - 1;
    constexpr static int32_t MASK = 0x7FFFFFF;

    int27_t() : v(0) {}

    explicit int27_t(int32_t aValue) : v(static_cast<int32_t>(aValue & MAX_VALUE)) {}

    friend bool operator<(const int27_t& aLhs, const int27_t& aRhs);
};

bool operator<(const int27_t& aLhs, const int27_t& aRhs)
{
    return aLhs.v < aRhs.v;
}

int main()
{
    int27_t minusOne{-1};
    int27_t plusOne{1};
    cout << "MAX_VALUE == " << int27_t::MAX_VALUE << " == 0x" << hex << int27_t::MAX_VALUE << dec << endl;
    cout << "-1 == " << minusOne.v << " == 0x" << hex << minusOne.v << dec << endl;
    cout << "-1 cast to int32_t: " << static_cast<int32_t>(minusOne.v) << " == 0x" << hex << static_cast<int32_t>(minusOne.v) << dec << endl;
    cout << "-1 < 1 ? " << (minusOne < plusOne) << endl;
    cout << endl;
}

程序输出

MAX_VALUE == 67108863 == 0x3ffffff
-1 == 67108863 == 0x3ffffff
-1 cast to int32_t: 67108863 == 0x3ffffff
-1 < 1 ? 0

Answer 1

布尔运算不适用于有符号类型。您只是 &-ing 掉构造函数中的符号。

你的代码基本上有四个问题：

不要对有符号类型使用二进制算法。只是不要这样做。如果真的有必要，arithmetically 转换为 unsigned（乘以 -1 并注意溢出），做一些事情并返回签名 arithmetically.
您依赖于带符号数字的某种表示形式。据我所知（在符号类型方面是 C99），该语言提供了三种不同的：符号和大小、一个补码和补码，cf. ISO/IEC 9899:TC2 §6.2.6.2-2.
假设 two's complement，这应该适用于几乎所有最近的平台，你的 MIN_VALUE 相差一个。
请不要使用 bit-fields。几乎所有最近的架构都会将其扩展为某种 word-sized 类型。你可能除了麻烦什么也得不到，因为有符号溢出是未定义的行为。所以用这种方式限制有符号类型的范围是没有意义的。

构造带符号的位域

constructing signed bit-fields

c++

bit-fields