将2字节转换为有符号16位整数的正确方法是什么？

Question

在这个答复中， zwol提出了这样的主张：

将两个字节的数据从外部源转换为16位有符号整数的正确方法是使用以下帮助函数：

#include <stdint.h>

int16_t be16_to_cpu_signed(const uint8_t data[static 2]) {
    uint32_t val = (((uint32_t)data[0]) << 8) | 
                   (((uint32_t)data[1]) << 0);
    return ((int32_t) val) - 0x10000u;
}

int16_t le16_to_cpu_signed(const uint8_t data[static 2]) {
    uint32_t val = (((uint32_t)data[0]) << 0) | 
                   (((uint32_t)data[1]) << 8);
    return ((int32_t) val) - 0x10000u;
}

上述哪个函数是合适的取决于数组是否包含小端或大端表示。Endianness不是这里的问题，我想知道为什么zwol从转换为int32_t的uint32_t值中减去0x10000u。

为什么这是正确的方法？

转换为返回类型时如何避免实现定义的行为？

既然可以假设2的补码表示，那么这个更简单的强制转换将如何失败：return（uint16_t）val

这种天真的解决方案有什么问题：

int16_t le16_to_cpu_signed(const uint8_t data[static 2]) {
    return (uint16_t)data[0] | ((uint16_t)data[1] << 8);
}




Answer 1

另一种方法-使用Union：

union B2I16
{
   int16_t i;
   byte    b[2];
};

节目中：

...
B2I16 conv;

conv.b[0] = first_byte;
conv.b[1] = second_byte;
int16_t result = conv.i;

第一个_字节和第二个_字节可以根据小端或大端模式进行交换。这种方法不是更好，而是一种替代方法。

Answer 2

int le16_to_cpu_signed(const uint8_t data[static 2]) {
    unsigned value = data[0] | ((unsigned)data[1] << 8);
    if (value & 0x8000)
        return -(int)(~value) - 1;
    else
        return value;
}

因为分支，它会比其他选项更贵。

这样做的目的是，它避免了任何关于平台上int表示与无符号表示之间关系的假设。转换为int需要保留适合目标类型的任何数字的算术值。因为反转确保16位数字的顶部位为零，所以该值将适合。然后一元-和1的减法应用2的补码否定的一般规则。根据平台的不同，INT16_MIN如果不适合目标上的int类型，仍可能溢出，在这种情况下，应使用long。

问题中与原始版本的差异出现在返回时间。虽然原始只是总是减去0x10000和2的补码让签名溢出将其包装到int16_t范围，但此版本具有显式的if，避免了签名包装（未定义）。

现在在实践中，今天使用的几乎所有平台都使用2的补码表示。事实上，如果平台具有符合标准的stdint。定义int32_t的h必须使用2的补码。这种方法有时适用于一些根本没有整数数据类型的脚本语言——您可以修改上面显示的浮点数操作，它将给出正确的结果。

Answer 3

如果int是16位，那么如果return语句中表达式的值超出int16_t的范围，则您的版本依赖于实现定义的行为。

然而，第一个版本也有类似的问题；例如，如果int32_t是int的typedef，并且输入字节都是0xFF，那么返回语句中的减法结果是UINT_MAX，这在转换为int16_t时会导致实现定义的行为。

恕我直言，你链接到的答案有几个主要问题。