c++ - 如何安全地将 uint32_t 中的有符号字段提取为有符号数(int 或 uint32_t)
问题描述
我有一个项目,在其中我得到一个 32 位 ARM 指令的向量,并且需要将部分指令(偏移值)读取为有符号(二进制补码)数字而不是无符号数字。
我使用了uint32_t
向量,因为所有操作码和寄存器都被读取为无符号并且整个指令是 32 位的。
例如:
我有这个 32 位 ARM 指令编码:
uint32_t addr = 0b00110001010111111111111111110110
最后 19 位是我需要读取为有符号整数分支位移的分支的偏移量。 本部分:1111111111111110110
我有这个函数,其中参数是整个 32 位指令:我向左移动 13 位,然后再次向右移动 13 位,以仅具有偏移值并移动指令的另一部分。
我已经尝试将此函数转换为不同的签名变量,使用不同的转换方式和使用其他 c++ 函数,但它会打印未签名的数字。
int getCat1BrOff(uint32_t inst)
{
uint32_t temp = inst << 13;
uint32_t brOff = temp >> 13;
return (int)brOff;
}
我得到十进制数524278 而不是 -10。
我认为最后一个选项不是最好的,但它可能有效的是在字符串中设置所有二进制值。反转位并加 1 以转换它们,然后将新的二进制数转换回十进制。正如我在论文中所做的那样,但这不是一个好的解决方案。
解决方案
它归结为进行符号扩展,其中符号位是第 19 个。有两种方法。
- 使用算术移位。
- 检测符号位和或与高位。
1. 在 C++ 中没有可移植的方法。但可以检查编译时间。如果下面的代码是 UB,请纠正我,但我相信它只是定义的实现 - 我们在编译时检查它。唯一值得怀疑的事情是将无符号转换为有符号溢出,以及右移,但这应该是实现定义的。
int getCat1BrOff(uint32_t inst)
{
if constexpr (int32_t(0xFFFFFFFFu) >> 1 == int32_t(0xFFFFFFFFu))
{
return int32_t(inst << uint32_t{13}) >> int32_t{13};
}
else
{
int32_t offset = inst & 0x0007FFFF;
if (offset & 0x00040000)
{
offset |= 0xFFF80000;
}
return offset;
}
}
或更通用的解决方案
template <uint32_t N>
int32_t signExtend(uint32_t value)
{
static_assert(N > 0 && N <= 32);
constexpr uint32_t unusedBits = (uint32_t(32) - N);
if constexpr (int32_t(0xFFFFFFFFu) >> 1 == int32_t(0xFFFFFFFFu))
{
return int32_t(value << unusedBits) >> int32_t(unusedBits);
}
else
{
constexpr uint32_t mask = uint32_t(0xFFFFFFFFu) >> unusedBits;
value &= mask;
if (value & (uint32_t(1) << (N-1)))
{
value |= ~mask;
}
return int32_t(value);
}
}
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