符号扩展到 32 位，从 n 位开始 - C

Question

我是 C 的新手，正在练习位操作。

假设我有一个 n 位二进制补码，使得 n > 0 且 n < 31。如果我事先知道 n 的大小，我如何将它符号扩展到 32 位？

如果n是16位，

int32_t extendMe(int16_t n) {
    return (int32_t) n;
}

假设我有数据定义。

假设我有一个 n 位的值要签名扩展到 32，我该如何完成？

谢谢。

Answer 1

如果这真的是关于将任意位模式解释为使用二进制补码以 n 位表示的数字，这里有一些草率的示例代码：

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

// this assumes the number is in the least significant `bits`, with
// the most significat of these being the sign bit.
int32_t fromTwosComplement(uint32_t pattern, unsigned int bits)
{
    // read sign bit
    int negative = !!(pattern & (1U << (bits-1)));

    // bit mask for all bits *except* the sign bit
    uint32_t mask = (1U << (bits-1)) - 1;

    // extract value without sign
    uint32_t val = pattern & mask;

    if (negative)
    {
        // if negative, apply two's complement
        val ^= mask;
        ++val;
        return -val;
    }
    else
    {
        return val;
    }
}

int main(void)
{
    printf("%" PRId32 "\n", fromTwosComplement(0x1f, 5)); // output -1
    printf("%" PRId32 "\n", fromTwosComplement(0x01, 5)); // output 1
}

Answer 2

如果第 n - 1 位为 1，则 n 位 2 的补数为负。在这种情况下，您希望用 1 填充从 n 到 31 的所有位。如果它为零，为了完整起见，您可能还想用 0 填充从 n 到 31 的位。因此您需要一个掩码，您可以将其与位操作一起使用来完成上述操作。这很容易做。假设您的 n 位 2 的补数保存在 uint32_t:

int32_t signExtend(uint32_t number, int n)
{
    uint32_t ret;
    uint32_t mask = 0xffffffff << n;
    if (number & (1 << (n - 1)) != 0)
    {
        // number is negative
        ret = number | mask;
    }
    else 
    {
        // number is positive
        ret = number & ~mask;
    }
    return (int32_t) ret;
}

完全未经测试，最后一行可能是 UB，但它应该适用于大多数实现。

符号扩展到 32 位，从 n 位开始 - C

Sign extending to 32 bits, starting with n bits - C

c

bits