使用 avr-gcc 隐式转换为浮点数：uint8_t 与 uint16_t

Question

我有一个关于使用 Arduino IDE 1.8.2 (gcc 4.9.2.) 隐式转换 uint8_t 和 uint16_t 的问题。硬件是标准的 Arduino (ATMega328p)。

我用uint8_t写了一段代码，后来决定改用uint16_t。 （应该已经看到了……）

但是，对于隐式转换，它们的行为似乎略有不同，这是导致程序错误的原因。

一个最小的工作示例如下：

void setup()
{
  uint8_t x = 15;
  uint8_t y = 5;
  float myF = y-x;

  Serial.begin(74880);
  Serial.println(myF);
}

这将在我的串行控制台上打印 -10.00。
这很好，也是我所期望的。

但是，如果我将 x（或 x 和 y）更改为 uint16_t，结果将是 65526.00！ 如果我将 myF 从 float 更改为 int，我会再次得到 -10。 （我从不更改任何值）

当我将结果存储在带符号的数据类型中时，我假设编译器意识到负值的可能性并“正确处理这种情况”（保留符号，就像在 int 情况下一样）或打印警告以防万一它对不匹配的数据类型不满意。但是，即使将警告级别设置为“全部”，它也不会显示警告。所以我假设编译器知道如何在不丢失符号/数据的情况下处理这种情况。

此外，由于它使用 int 作为目标数据类型，令我惊讶的是它不适用于更大的浮点数。

我已经在我的 x86 系统上测试了这种情况 - gcc 4.7.3 保留了符号。然而，在 AVR 的 8 位微控制器世界中，可能适用不同的规则/条件。 (?)

那么那里发生了什么？也许有更多编译器知识的人可以在这里提供帮助..
（我知道我可以通过显式转换来避免这种情况，但因此我必须意识到这个陷阱。
所以我想知道究竟是什么原因造成的，因为从uint8_t 切换到uint16_t 时确实是一个惊喜......）

根据integer conversion rules“当对它们执行操作时，小于 int 的整数类型被提升为 int”。我假设 avr-gcc 遵循整数促销。 （？）所以我理解实际计算通常在 int 上运行，然后转换为目标数据类型（在这种情况下为浮点数）。这里的问题是uint16_t 与 AVR 的 16 位 int 相同，但大小不小于，因此无法提升 uint16_t？如果是这样，为什么它使用 int 作为目标类型？

为什么它可以使用 int 作为目标变量，但不能使用 4 字节浮点数？ 为什么它不发出警告？

Answer 1

那么那里发生了什么？

整数促销

如果int可以表示原始类型的所有值...，则该值转换为int；否则，它将转换为unsigned int。这些被称为整数促销。
C11 §6.3.1.1 2

在下面，y-x 将每个 x,y 提升为 int 并计算 5-15，即 int -10 并将该值分配给 mF。

  uint8_t x = 15;
  uint8_t y = 5;
  float myF = y-x;

在下面，y-x 将每个 x,y 提升为 unsigned 并计算 5u-15u，即 unsigned 65526u 并将该值分配给 mF。

  uint16_t x = 15;
  uint16_t y = 5;
  float myF = y-x;

为什么是unsigned 而不是int？在提升 uint16_t 时，uint16_t 在 16 位 int 平台上不满足“如果 int 可以表示原始类型的所有值”条件。

没什么神秘的，只是在具有 16 位 int/unsigned 的平台上整数促销

Answer 2

您正在使用无符号整数变为负数 将这些无符号类型转换为浮点数，这是 undefined 实现定义的行为。使用 int8_t 或 int16_t 正确处理负值。从 uint16_t 进行浮动的转换与从 uint8_t 进行的转换的行为差异取决于实现，因此很难准确判断发生了什么。