C - 按位连接导致信息丢失

Question

我有五个短类型变量，我想将它们连接成一个 32 位 unsigned int 类型。我需要连接五个短变量。这些变量的名称称为 opcode（5 位）、reg1（4 位）、reg2（4 位）、reg3（4 位）、extension（3 位）和 addr_constant（12 位）。现在我的代码不适用于我不知道为什么的一种情况。我在下面列出了我的代码。

这段代码的目的是将某些值转换为 32 位机器指令，这意味着即使我得到了等价的值，我仍然需要一个 32 位指令。

...
unsigned int *const word;
unsigned short opcode = 1;
unsigned short reg1 = 3; 
unsigned short reg2 = 4;
unsigned short reg3 = 5;
unsigned short extension = 0;
unsigned int addr_constant = 0;

unsigned int machine_word = 0;
machine_word = machine_word | (opcode << 27);
machine_word = machine_word | (reg1 << 23);
machine_word = machine_word | (reg2 << 19);
machine_word = machine_word | (reg3 << 15);

machine_word = machine_word | (extension << 12);
machine_word = machine_word | addr_constant;

*word = machine_word
return 0;
...

二进制形式的输出应该是：

0000 1001 1010 0010 1000 0000 0000 0000.

但现在是：

1001 1010 0010 1000 0000 0000 0000. 

如您所见，它遗漏了前 4 个零。

在下面的测试中，“word”是：unsigned int *const word。在上面代码的最后，我写了“*word = machine_word”。在测试中，它比较：“word == 0x09a28000” 我没有通过以下测试。

assert(word == 0x09a28000);

Answer 1

也许问题只是结果解释。我运行了以下代码，该代码基于您提供的算法，并对逻辑操作和结果打印进行了一些修改。该操作的核心逻辑与您发布的内容保持不变，因此结果可能被误读。

代码如下：

#include <stdio.h>

int main() {
    int i, j, mask;

    unsigned short opcode = 1;
    unsigned short reg1 = 3; 
    unsigned short reg2 = 4;
    unsigned short reg3 = 5;
    unsigned short extension = 0;
    unsigned int addr_constant = 0;

    unsigned int machine_word = 0;
    machine_word |= opcode << 27;
    machine_word |= reg1 << 23;
    machine_word |= reg2 << 19;
    machine_word |= reg3 << 15;

    machine_word |= extension << 12;
    machine_word |= addr_constant;

    for (i = 7; i >= 0; i--) {
        for (j = 3; j >= 0; j--){
            printf("%d", (machine_word & 0x00000001 << (4 * i + j)) >> (4 * i + j));
        }
        printf(" ");
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

代码给出以下输出：

0000 1001 1010 0010 1000 0000 0000 0000

这应该是您正在搜索的结果，它对应于161644544 (0x9A28000) 的无符号整数值。

Answer 2

只需使用位域——它们就是为此而设计的。

struct all_the_things {
  unsigned opcode : 5;
  unsigned reg1 : 4;
  unsigned reg2 : 4;
  unsigned reg3 : 4;
  unsigned extension : 3;
  unsigned addr_constant : 12;
};

一旦你填充了这样一个结构，你可以像这样将它转换成一个 32 位整数：

uint32_t num;
memcpy(&num, &things, 4);

（别担心，优化编译器不会真正调用函数来复制 4 个字节。）