有效地将 16 位 short 转换为 8 位 char

Posted 2023-02-16

【中文标题】有效地将 16 位 short 转换为 8 位 char

【英文标题】：Efficiently converting 16-bits short to 8-bits char

【发布时间】：2013-02-03 16:46:36

【问题描述】：

我正在研究一个没有硬件划分的 Cortex M0 cpu，所以每次我划分一些东西时，都会使用 GCC 库函数。现在我最常做的除法之一是除以 256，将短裤转换为字节。有没有什么方法可以比默认的 GCC 库更有效地做到这一点（例如通过位移）？

【问题讨论】：

运算符 '>>' 会为您解决问题吗？你知道'>> 8'吗？

你不是说除以256吗？不是 255？

您可能会对 Hacker's 的乐趣一书的第 10 章“整数除以常数”感兴趣。但是 GCC 的实现者可能已经阅读了它。在假设有更好的方法之前，您是否查看了程序集？ （注意：此评论假定您确实是指 255）

如果你除以 255 得到高位 8 位，我有一个坏消息要告诉你。

@JanDvorak 不，它必须是 256，你是对的。

【参考方案1】：

根据您的 cmets，您希望 -32768 映射到 0，而 32767 映射到 255。因此，您想要的公式是：

short s = /* input value */;
unsigned char c = (unsigned char) ((s + 32768) / 256);

其他评论者指出，您可以通过右移或其他各种策略来除以 256，这是正确的 - 一个合理的版本是：

unsigned char c = (unsigned char) ((s + 32768) >> 8);

但是，没有必要进行此类优化。 GCC 非常聪明地将除以常数操作转换为特殊情况的实现，在这种情况下，它会将这两者编译成完全相同的代码（使用 -O2 -mcpu=cortex-m0 -mthumb 和 GCC 4.7.2 进行测试）：

    mov     r3, #128
    lsl     r3, r3, #8
    add     r0, r0, r3
    lsr     r0, r0, #8
    uxtb    r0, r0

如果您尝试太聪明（就像其他答案中的联合或指针转换示例一样），您可能会混淆它并得到更糟糕的结果 - 特别是因为那些通过内存负载工作，并且添加 32768 意味着你已经在寄存器中有值了。

【讨论】：

你会感到惊讶...我曾经看到一个 GCC 端口，它通过发出乘法操作码来处理 C 代码中的显式移位操作 - 有人可能假设了一个硬件乘法器，因此成本相当，尽管它试图运行的实际实验硬件没有实现乘法指令。幸运的是，作为 FPGA，它很容易添加。希望分裂的情况得到更好的处理。

@ChrisStratton：是的——这就是为什么经常阅读生成的程序集很有用，只是为了确保您认为正在发生的事情实际上正在发生！尽管您描述的案例很明显是 GCC 中的一个错误。

【参考方案2】：

只需投射一个指针。

unsigned char *bytes = (unsigned char*)&yourvalue;

现在，bytes[0] 将保存一个字节的值，bytes[1] 将保存另一个。 顺序取决于系统的字节顺序

【讨论】：

@JanDvorak 是的，但答案声明结果取决于字节序。所以这绝不是不正确的。此外，OP 确切地知道他正在为哪种架构开发，所以他事先知道字节顺序。

当独立于平台的代码更干净并且可能更快时，编写平台相关代码的理由几乎没有 - 程序不一定将其整个生命周期都花在最初编写的目标上。在移位情况下，优化编译器将变量保存在寄存器（而不是内存）中的可能性很高；在指针的情况下，可能有一些优化编译器足够聪明，可以确定这是您使用指针并使用寄存器实现的唯一原因，但似乎不太可能。

【参考方案3】：

你可以这样使用union：

#include <stdio.h>

union Word 
    struct 
        unsigned char high;
        unsigned char low;
     byte;
    unsigned short word;
;

int main(int argc, char **argv) 

    union Word word;
    word.word = 0x1122;

    printf("L = 0x%x, H = 0x%x", word.byte.low, word.byte.high);

    return 0;

【讨论】：

使用联合与位移是否会提高性能？似乎联合会更快，因为不需要额外的操作，但也许它有其他开销？

@Joshua 在汇编级别使用union 只不过是mov 指令。

这将给出错误的答案，因为它假定一个大端处理器，但所讨论的目标实际上是小端。您可以修复它，但仍然存在出错的风险，尤其是当代码被移植到其他地方时。