负数：如何将有符号整数中的符号位更改为 0？答案

【问题标题】：Negative numbers: How can I change the sign bit in a signed int to a 0?负数：如何将有符号整数中的符号位更改为 0？
【发布时间】：2017-01-18 05:56:29
【问题描述】：

我以为这个世界可以正常工作，但事实并非如此：

int a = -500;
a = a << 1;
a = (unsigned int)a >> 1;
//printf("%d",a) gives me "2147483148"

我的想法是左移会删除最左边的符号位，因此将其右移为无符号整数将保证它是逻辑移位而不是算术移位。为什么这是不正确的？

还有：

int a = -500;
a = a << 1;
//printf("%d",a) gives me "-1000"

【问题讨论】：

它确实有效，它将符号设置为 0。但也许不是你想要的方式。如果你想用 bitmath 来实现abs，那就比这更棘手了。
很公平，对 MIN_INT 使用标准 abs 有点危险。不是天生的，而是溢出和 UB yada yada.. 你可以只做一个未签名的abs，例如if (x < 0) return -(unsigned)x; else return (unsigned)x;
在 C 和 C++ 中，a << 1 表示“乘以 2”，而不是“将底层位表示中的位左移 1”。
因为您要求更改SIGN 位（x86 asm 操作码：NOT）而不是将负数转换为正数（x86 asm 操作码：NEG）。这是两个不同的东西。下面的答案解释了这一点并且是正确的。
@Hurkyl 有区别吗？无论如何，如果有，它在这里不可见

标签： c bit-manipulation

【解决方案1】：

TL;DR：最简单的方法是使用来自<stdlib.h> 的abs 函数。剩下的答案涉及到负数在计算机上的表示。

负整数（几乎总是）用2's complement form 表示。（见下文注释）

求负数的方法是：

取整数的二进制表示（包括数据类型的前导零，除了用作符号位的 MSB）。
取上述号码的1's complement。
将 1 添加到 1 的补码中。
前缀sign bit。

以500为例，

取500 的二进制表示：_000 0001 1111 0100（_ 是符号位的占位符）。
取它的 1 的补码/倒数：_111 1110 0000 1011
将1 添加到1 的补码中：_111 1110 0000 1011 + 1 = _111 1110 0000 1100。这与您将符号位替换为零时获得的2147483148 相同。
前缀0 表示正数，1 表示负数：1111 1110 0000 1100。（这将与上面的2147483148 不同。您获得上述值的原因是因为您对 MSB 进行了核攻击）。

反转符号是一个类似的过程。如果您使用 16 位或 32 位数字导致您看到的大值，您将获得领先的数字。每种情况下的 LSB 应该相同。

注意：有机器用 1 的补码表示，但它们是少数。通常首选 2 的补码，因为 0 具有相同的表示，即 -0 和 0 在 2 的补码表示法中表示为全零。

【讨论】：

我正在研究 gnss 坐标，需要我找出它是 0 还是 -0？我如何识别-0？

【解决方案2】：

左移负整数会调用未定义的行为，因此您不能这样做。如果您使用了a = (unsigned int)a << 1;，您本可以使用您的代码。你会得到 500 = 0xFFFFFE0C，左移 1 = 0xFFFFFC18。

a = (unsigned int)a >> 1; 确实保证了逻辑移位，所以你得到0x7FFFFE0C。这是十进制的 2147483148。

但这是不必要的复杂。 更改符号位的最佳和最便携的方法就是a = -a。任何其他代码或方法都是有问题的。

但是如果你坚持要玩弄比特，你也可以做类似的事情

(int32_t)a & ~(1u << 31)

这可移植到 32 位系统，因为 (int32_t) 保证二进制补码，但 1u << 31 假定为 32 位 int 类型。

演示：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

int main (void)
{
  int a = -500;
  a = (unsigned int)a << 1;
  a = (unsigned int)a >> 1;
  printf("%.8X = %d\n", a, a);

  _Static_assert(sizeof(int)>=4, "Int must be at least 32 bits.");
  a = -500;
  a = (int32_t)a & ~(1u << 31);
  printf("%.8X = %d\n", a, a);

  return 0;
}

【讨论】：

在您的示例中左移 31 是 UB，因为 2^31 在 int32_t 中无法表示。
编辑：假设 int 具有与 int32_t 相同的表示。
@2501 lu 后缀不是必需的，因为断言在那里。
对，我忘了。尽管如此， int 可能有两个填充字节。 :-) sizeof 不计算范围。您应该使用 INT_MAX >= 2^31-1。 lu 避免了这一切。

【解决方案3】：

正如您在“也”部分中输入的那样，在您第一次左移 1 位后，a 确实反映了预期的 -1000。

问题在于您将其转换为 unsigned int。如上所述，负数表示为 2 的补码，这意味着符号由最左边的位（最高有效位）确定。当转换为 unsigned int 时，该值不再表示符号，而是增加了 int 可以采用的最大值。

假设 32 位整数，MSB 用于表示 -2^31 (= -2147483648)，现在在无符号整数中表示正 2147483648，增加 2* 2147483648 = 4294967296。将此添加到您的原始值 - 1000 得到 4294966296。右移除以 2 得到 2147483148。

希望这可能会有所帮助：（修改打印功能来自Print an int in binary representation using C）

void int2bin(int a, char *buffer, int buf_size) {
    buffer += (buf_size - 1);

    for (int i = buf_size-1; i >= 0; i--) {
        *buffer-- = (a & 1) + '0';

        a >>= 1;
    }
}

int main() {
    int test = -500;
    int bufSize = sizeof(int)*8 + 1;
    char buf[bufSize];
    buf[bufSize-1] = '\0';
    int2bin(test, buf, bufSize-1);
    printf("%i (%u): %s\n", test, (unsigned int)test,  buf);
    //Prints:   -500 (4294966796): 11111111111111111111111000001100


    test = test << 1;
    int2bin(test, buf, bufSize-1);
        printf("%i (%u): %s\n", test, (unsigned int)test, buf);
    //Prints:   -1000 (4294966296): 11111111111111111111110000011000


    test = 500;
    int2bin(test, buf, bufSize-1);
    printf("%i (%u): %s\n", test, (unsigned int)test, buf);
    //Prints:   500 (500): 00000000000000000000000111110100


    return 0;
}

【讨论】：