以字节交换半字节答案

【问题标题】：Swap nibbles in a byte以字节交换半字节
【发布时间】：2017-11-04 19:33:30
【问题描述】：

考虑下面的代码，它在一个字节中交换半字节：

#include <stdio.h>

unsigned char swapNibbles(unsigned char x)
{
    return ( (x & 0x0F)<<4 | (x & 0xF0)>>4 );
}

int main()
{
    unsigned char x = 100;
    printf("%u", swapNibbles(x));
    return 0;
}

为什么需要用 0x0F 和 0xF0 进行与运算？相反，我可以写

return ((x<<4) | (x>>4));

我已经用谷歌搜索过它，人们似乎说它不适用于负数，因为它会用右移的数字填充数字但是与 0xF0 并不会使数字为正数？我错过了什么？

【问题讨论】：

您什么都不会错过，((x<<4) | (x>>4)) 会起作用（只要x 是unsigned char）。
@HolyBlackCat: .... 并且 CHAR_BIT == 8。这是非常罕见的事情，但对于某些 DSP 微控制器可能并非如此，因此符合标准的代码需要
AFAIK 这就是 Java 的情况，因为 Java 字节总是有符号并符号扩展为整数。也许代码是由使用 Java 的人移植或编写的。
((x<<4) | (x>>4)) 实际上不会给出正确的结果，因为 x 在执行移位之前被提升为 int。只有在return 中转换为无符号字符，我们才能得到正确的结果。
@FalkHüffner 它会起作用，因为unsigned char 总是零扩展为 int，而不是有符号扩展，因此高字节中没有 1

标签： c++ bit-manipulation

【解决方案1】：

这两种变体是 100% 等效的。 gcc 和 clang 都能够将每个代码 sn-p 转换为简单的rol 指令，并将它们编译为相同的汇编代码（当然启用了优化）

unsigned char swapNibbles(unsigned char x)
{
    return (x & 0x0F)<<4 | (x & 0xF0)>>4;
}

unsigned char swapNibbles2(unsigned char x)
{
    return  x << 4 | x >>4 ;
}

swapNibbles(unsigned char):                       # @swapNibbles(unsigned char)
        mov     eax, edi
        rol     al, 4
        ret
swapNibbles2(unsigned char):                      # @swapNibbles2(unsigned char)
        mov     eax, edi
        rol     al, 4
        ret

【讨论】：

【解决方案2】：

你的例子没有anding就很好。

如果swapNibbles 有signed char 参数，那么人们可能会认为anding 是用来修复表达式的。不过，接下来我们来分析一下表达式：

(x&0x0f)<<4：如果x为负数，那么x&0x0f表达式变为非负值，结果符合int/unsigned int（x提升的类型），所以可以执行转变
(x&0xf0)>>4：如果 x 是负数，那么 x&0xf0 也是负数，所以移位是实现定义的。例如，在 x86 上，这将复制符号位 -> 不是我们想要的。在这种情况下，更好的表达式是 (x>>4)&0xf（仍然定义了实现，但适用于 x86）

所以这个表达式对signed char 具有实现定义的行为，这种行为不是我们在 x86 上想要的。

最好将signed char 转换为unsigned char，并对无符号值进行移位。

注意：我假设 signed char 存储在两个补码中，而 char 是 8 位的（问题中暗示了这一点，因为我们在这里讨论的是 4 位半字节）。

【讨论】：

移位的结果是否适合unsigned char并不重要，因为x会在移位之前提升为int。
是的，您对促销是正确的，我将修改我的答案以反映这一点。然而，这很重要。如果它适合unsigned char，那么它适合int/unsigned int。