仅使用位运算符在 C 中签名函数答案

【问题标题】：sign function in C using bit operators only仅使用位运算符在 C 中签名函数
【发布时间】：2014-07-20 23:22:09
【问题描述】：

我正在尝试仅使用按位运算符来实现符号函数。我知道如果我只想提取有符号整数的符号位，我可以这样做：(x >> 31) & 1。

另外，我知道条件可以写成布尔表达式：

if(x) a=y else a=z相当于a = x ? y:z可以改写为：

a=( (x<<31) << 31 ) & y + ( !x << 31) >> 31) & z，假设 x=1 或 0。

这个问题有点棘手，因为我有 3 个条件场景：
如果为正则返回 1，如果为零则返回 0，如果为负则返回 -1。

我在想，为了正确执行此操作，我需要使用 ! 运算符以及 !0x<nonzero #>=0、!0x0=1、!0x1=0 的事实。

所以我想出了这样的东西，这是不正确的：

/*                                                                              
 * sign - return 1 if positive, 0 if zero, and -1 if negative                   
 *  Examples: sign(130) = 1                                                     
 *            sign(-23) = -1                                                    
 *  Legal ops: ! ~ & ^ | + << >>                                                                          
 */
int sign(int x) {
    return (x>>31) & -1 ) + ( !( !x >> 31 ) & 1;
}

我想我拥有所有的部分，但不太确定如何将它们组合在一起。任何帮助表示赞赏。

谢谢。

【问题讨论】：

使用编译器得到作业问题的答案不一定是错误的。 :)
这是一个相当愚蠢的尝试。 (x > 0 ? 1 : x
程序员遵循问题约束。
你知道小玩意儿吗？ graphics.stanford.edu/~seander/bithacks.html。我的评论只是一个贡献，而不是一个答案。
OP：使用 (x >> 31) & 1 来提取符号位是，取决于 C 实现和 int 中值位的数量，实现定义或未定义行为，或错了。

标签： c bit-manipulation

【解决方案1】：

bit hacks page 建议这个表达式：

sign = (v != 0) | (v >> 31);

不用!=也可以这样重写：

sign = (!!v) | (v >> 31);

(demo on ideone).

不过，我更喜欢这个不使用位操作的表达式（来自同一页面）。

sign = (v > 0) - (v < 0);

【讨论】：

如果 v == 0 则返回 1。
前两个非常不便携，最后一个完全正确。还有一个额外的好处是它适用于所有实类型，包括有符号、无符号、所有大小和浮点。
@gnasher729 前两个可以通过链接页面中的表达式减少不可移植性（即sizeof(int)*BITS_PER_BYTE-1，其中BITS_PER_BYTE 定义目标计算机上一个字节中的位数） .我最喜欢最后一个，这就是我提到它的原因，尽管我认为它违反了 OP 的规则。
BITS_PER_BYTE?为什么不是标准的CHAR_BIT？
v >> 31 导致实现定义的行为

【解决方案2】：

如果右移位是二进制移位而不是算术移位，则此移位也有效：

unsigned int x;
static_assert (sizeof(x) == 4);

(~ (!!x)) + 1 + ( ( (x+0x7FFFFFFF) & 0x80000000 )  >> 30 )

或

(~ (!!x)) + 1 + ( ( !!( (x+0x7FFFFFFF) & 0x80000000 ) ) << 1 )

解释：

(~ (!!x)) + 1 为 x==0 提供 0，否则为 -1。

( ( (x+0x7FFFFFFF) & 0x80000000 ) >> 30 ) 为 x>0 提供 2，否则为 0。

【讨论】：