如何将有符号整数转换为C中对应的无符号整数？

Question

我想定义一个C宏

#define TO_UNSIGNED(x) (...)

,这需要一个有符号整数x(可以是:signed char,short,int,long,long long,或其他任何东西,甚至是一种比长long long),并将其转换x为相应的无符号整数类型的大小相同.

可以假设有符号整数使用二进制补码表示.因此,要转换任何值(正或负),应采用其二进制补码表示,并且应将其解释为相同大小的无符号整数.

我假设使用了一个相当现代的优化编译器,它可以消除未使用的分支,例如,如果sizeof(X) < 4 ? f(Y) : g(Z)执行,X则不进行评估,只有一个f(Y)或者g(Z)生成和评估.

Answer 1

我会咬人,但我不得不说这更像是宏观黑客的精神,而不是因为我认为这样的宏是有用的.开始:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

#define TO_UNSIGNED(x) (                                            \
    (sizeof(x) == 1)                ? (unsigned char) (x) :         \
    (sizeof(x) == sizeof(short))    ? (unsigned short) (x) :        \
    (sizeof(x) == sizeof(int))      ? (unsigned int) (x) :          \
    (sizeof(x) == sizeof(long))     ? (unsigned long) (x) :         \
                                      (unsigned long long) (x)      \
    )

// Now put the macro to use ...

short minus_one_s()
{
    return -1;
}

long long minus_one_ll()
{
    return -1LL;
}

int main()
{
    signed char c = -1;
    short s = -1;
    int i = -1;
    long int l = -1L;
    long long int ll = -1LL;

    printf("%llx\n", (unsigned long long) TO_UNSIGNED(c));
    printf("%llx\n", (unsigned long long) TO_UNSIGNED(s));
    printf("%llx\n", (unsigned long long) TO_UNSIGNED(i));
    printf("%llx\n", (unsigned long long) TO_UNSIGNED(l));
    printf("%llx\n", (unsigned long long) TO_UNSIGNED(ll));

    printf("%llx\n", (unsigned long long) TO_UNSIGNED(minus_one_s()));
    printf("%llx\n", (unsigned long long) TO_UNSIGNED(minus_one_ll()));

    return 0;
}

宏使用三元比较运算符?:来模拟所有已知有符号整数大小的switch语句.(这应该捕获适当的无符号整数和typedef'd typed from <stdint.h>.它适用于表达式.它也接受浮点数,虽然不像我期望的那样.)

稍微复杂的printfs表明负数被扩展到源整数的原始大小.

编辑:OP正在查找一个宏,该宏返回与源类型长度相同的无符号类型的表达式.上面的宏没有这样做:因为三元比较的两个替代值被提升为一个公共类型,所以宏的结果总是最大的类型,即unsigned long long.

可以使用纯宏解决方案实现不同类型的分支,这样在预处理之后,编译器只能看到一种类型,但是预处理器不知道类型,因此sizeof不能在这里使用,这排除了这样的宏.

但是对于我的(弱)防御,我会说如果将宏的无符号long long结果的值赋给适当的无符号类型(即简称unsigned short),则该值永远不应被截断,因此宏可能有一些用处.

编辑II:既然我_Generic在另一个问题中偶然发现了C11 关键字(并且安装了支持它的编译器),我可以提出一个可行的解决方案:以下宏实际上 返回了正确的类型正确的值:

#define TO_UNSIGNED(x) _Generic((x),           \
    char:        (unsigned char) (x),          \
    signed char: (unsigned char) (x),          \
    short:       (unsigned short) (x),         \
    int:         (unsigned int) (x),           \
    long:        (unsigned long) (x),          \
    long long:   (unsigned long long) (x),     \
    default:     (unsigned int) (x)            \
    )

该_Generic选择在编译时被解决,并且不具有在一个超大整型产生中间结果的开销.(一个真实世界的宏应该包括无符号类型自己进行空转.还要注意我必须signed char明确包含,只是char没有工作,即使我的字符已签名.)

它需要一个最近的编译器来实现C11或至少它的_Generic关键字,这意味着这个解决方案不是非常便携,但请参阅此处.