如何测试有符号或无符号整数的最高有效位？

Posted 2023-02-16

【中文标题】如何测试有符号或无符号整数的最高有效位？

【英文标题】：How to test the most significant bit of signed or unsigned integer?

【发布时间】：2019-11-03 23:06:16

【问题描述】：

给定一个保证为某种整数的clock_t 数据类型，如何使用可移植C 代码测试最高有效位的值？也就是说，我需要这个函数的定义：

bool is_msb_set(clock_t clock);

但这里有个转折点：你不知道clock_t 的大小，也不知道它是有符号的还是无符号的（但假定“有符号”是双恭维）。

我的第一个想法是这样做：

const clock_t MSB = 1 << ((sizeof(clock_t) * 8) - 1);

bool is_msb_set(clock_t value) 
    return value & MSB;

但如果clock_t 是有符号值，则MSB 的定义会溢出。也许我想多了，但我很难过。

【问题讨论】：

只需将 MSB 设为 uintmax_t 而不是 clock_t（并在明显移动之前转换为 1）

你从哪里得到它保证是一个整数。？ >

clock_t 可以是浮动类型。为此，将很难找到最重要的位，因为& 位操作将不起作用。

您应该使用CHAR_BIT 而不是8 来表示char 的大小（来自limits.h）

@GreenTree：如果我遇到clock_t 是浮点数的端口，我会给它自己的实现。在我支持的所有系统中（到目前为止），clock_t 类似于整数。

【参考方案1】：

不带掩码直接测试值：

bool is_msb_set(clock_t value) 
    if (value < 0) return 1;
    return value >> (sizeof(clock_t) * CHAR_BIT - 1);

如果>> 运算符的左侧有“有符号类型和负值，结果值是实现定义的”，请参阅C11 6.5.7p5。

因为我们assumed "signed" is twos-compliment，我可以测试value是否低于0，最高有效位将始终设置为1。如果不是负数，则为正数，并且 clock_t 已签名，则 >> 已正确定义。

如果clock_t 是无符号的，那么value < 0 将始终返回0，并且很可能应该由编译器进行优化。

如果clock_t 不是整数类型（例如，如果它是float 或double），则代码不应编译，因为>> 的操作数需要具有整数类型。所以它只适用于整数类型。

【讨论】：

右移会导致实现定义的负值行为

对.. 嗯，如果我要abs(value) 会怎样？不，这会改变价值。所以这只适用于value > 0。好吧，假设它是二进制补码，我可以添加 if (value < 0) return 1

我认为你的答案有效：如果 >> 运算符复制符号位，你会得到所有的，因为布尔值是真的。如果 >> 运算符移入零，则得到 1，这也是正确的。 （而且我认为您可以消除 (value < 0) 测试。）

if the >> operator copies the sign bit - 我不明白那部分。 >> 执行除法。我无法消除value < 0，因为对带有负值的签名类型执行<< 是实现定义的。我完全相信有一个实现，例如(int8_t)0b10101010 >> 1 导致0b10010101，即。符号位保持不变。

实现定义意味着它可以返回任何东西。对于所有值，它可以是全零或全一。这取决于实施。我不相信它，我不希望实现返回任何“有意义”的东西。不，我不能掩饰它，在那之后我什么也做不了。如果value 有符号且为负数，则value >> (...) 可以返回我所关心的随机数。

【参考方案2】：

我认为我们可以先检查clock_t 是签名还是未签名，然后进行相应的处理。

bool is_msb_set(clock_t value) 
    if ((clock_t)-1 < 0) 
        /* clock_t is signed */
        return value < 0;
     else 
        /* clock_t is unsigned */
        return ((value << 1) >> 1) ^ value;
    

【讨论】：

我喜欢。我的一个点缀：const bool IS_SIGNED = (clock_t)-1 < 0;，然后在函数体中使用 IS_SIGNED。不过，可能会编译成相同的代码。

【参考方案3】：

你可以做的是将它转换为一个保证足够大（所以，长？）的整数，然后然后对1 << ((sizeof(clock_t) * 8) - 1);进行测试。

我也会首先断言sizeof(clock_t) <= sizeof(long)。

【讨论】：

为什么你认为long 会足够大？它当然不在大多数系统上......

@StaceyGirl 是对的：在这种特殊情况下（ubuntu 上的 time.h），clock_t 是 8 个字节。