如何从字节中生成十六进制数？

Question

我想从单个字节组成数字0xAAEFCDAB。一切都顺利到 4 个四分体，并且由于某种原因额外增加了 4 个字节。我做错了什么？

#include <stdio.h>

int main(void) {
  unsigned long int a = 0;

  a = a | ((0xAB) << 0);
  printf("%lX\n", a);
  a = a | ((0xCD) << 8);
  printf("%lX\n", a);
  a = a | ((0xEF) << 16);
  printf("%lX\n", a);

  a = a | ((0xAA) << 24);
  printf("%lX\n", a);

  return 0;
}

输出：

Answer 1

C 中的常量are actually typed，起初可能并不明显，常量的默认类型是int，它是一个有符号 32 位整数（取决于平台，但可能是您的情况）。

在有符号数字中，最高位描述数字的符号：1 为负数，0 为正数（更多详细信息，您可以阅读two's complement）。

当您执行 0xAB << 24 操作时，它会产生一个 32 位有符号值 0xAB000000，它等于二进制中的 10101011 00000000 00000000 00000000。可以看到，最高位设置为1，也就是说整个32位有符号数其实都是负数。

为了在a（这是一个 64 位无符号数）和一个 32 位有符号数之间执行 | 或运算，必须执行一些类型转换。先进行大小提升，根据二进制补码系统的规则，将0xAB000000的32位有符号值提升为0xFFFFFFFFAB000000的64位有符号值。这是一个 64 位有符号数，与转换前的 32 位有符号数具有相同的数值值。

之后，将类型转换从 64 位有符号值转换为 64 位无符号值，以便将值与 a 进行或运算。这会用 1 填充高位，并产生您在屏幕上看到的值。

为了强制您的常量为不同于 32 位有符号 int 的类型，您可以使用诸如 u 和 l 之类的后缀，如 website I linked in the beginning of my answer 所示。在您的情况下，ul 后缀应该效果最好，表示 64 位无符号值。您的代码行与您的 a 变量或常量将看起来与此类似：

a = a | ((0xAAul) << 24);

或者，如果您只想将自己限制为 4 个字节，则 32 位 unsigned int 足以容纳它们。在这种情况下，我建议您将 a 变量类型更改为 unsigned int 并使用 u 后缀作为常量。不要忘记更改 printf 格式以反映类型更改。生成的代码如下所示：

#include <stdio.h>

int main(void) {
  unsigned int a = 0;

  a = a | ((0xABu) << 0);
  printf("%X\n", a);
  a = a | ((0xCDu) << 8);
  printf("%X\n", a);
  a = a | ((0xEFu) << 16);
  printf("%X\n", a);

  a = a | ((0xAAu) << 24);
  printf("%X\n", a);

  return 0;
}

我的最后一个建议是，当可移植性和位大小对您很重要时，不要使用默认的 int 和 long 类型。不保证这些类型在所有平台上都具有相同的位数。而是使用<stdint.h> 头文件中定义的类型，在您的情况下可能是uint64_t 或uint32_t。这两个保证是 unsigned 整数（它们的有符号整数省略了 'u'：int64_t 和 int32_t），同时在所有平台上的大小分别为 64 位和 32 位。对于使用它们而不是传统的 int 和 long 类型的优点和缺点，我建议您参考 this Stack Overflow 答案。

Answer 2

a = a | ((0xAA) << 24);

((0xAA) << 24)是一个负数（它是int），然后它被符号扩展为'unsigned long'的大小，在开头加上0xffffffff。

你需要告诉编译器你想要一个无符号数。

a = a | ((0xAAU) << 24);

int main(void) {
  unsigned long int a = 0;

  a = a | ((0xAB) << 0);
  printf("%lX\n", a);
  a = a | ((0xCD) << 8);
  printf("%lX\n", a);
  a = a | ((0xEF) << 16);
  printf("%lX\n", a);

  a = a | ((0xAAUL) << 24);

  printf("%lX\n", a);
  printf("%d\n", ((0xAA) << 24));

  return 0;
}

https://gcc.godbolt.org/z/fjv19bKGc

Answer 3

0xAA 在位移期间按比例放大时被视为 有符号 值。由于它的高位为 1 (0xAA = 10101010b)，因此在移位之前，缩放值将 符号扩展 到 0x...FFFFFFAA，然后将 OR 扩展到 a。

您需要将0xAA 转换为一个无符号 值，然后再对其进行位移，因此它改为零扩展。