用 C 语言实现求补码的运算

2024-06-15 06:20
文章标签 语言 实现 运算 补码

本文主要是介绍用 C 语言实现求补码的运算，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

缘起

前两天程序中需要求一堆参数的补码，一时犯懒，想从CSDN上搜一个勉强能用的代码借鉴一下，结果几乎没有搜到一个靠谱的！这种求补码的操作，用脚趾头想想也应该知道要用C或者C++的位运算来实现呀。结果搜到的一些实现方式竟然是把数值的二进制形式下的位，一位一位地进行操作！这简直离谱到家了，虽然这样做也能从功能上实现求补码的运算，但是性能肯定奇差呀。我们之所以用 C 或者 C++，通常都是对性能有一定的追求，如果你丝毫不在意性能，那你干嘛不去用 C# 或者 Java？

所以还是自己写了几个求补码的函数，分享在这里。本来觉得这是简单得不值一提的东西，但是看来并非人人都能把这件事情做对了。

之所以用 C 实现，而不是用 C++，是因为：(1) C 的函数可以在 C++ 中被无缝调用，反之则不行；(2) 用 C 实现，可以照顾到某些只能用 C 不能用 C++ 的嵌入式环境；(3) 这个实现过程实在是没有必要用到 C++ 的那些面向对象的特性，直接用 C 的过程式编程就足够了。我看到 CSDN 上有一个人实现求补码的过程，居然用到了 C++ 的 vector 容器，而且还对这个容器进行了动态地 insert 的操作，有这个必要吗？？

从实际需求出发，我依次实现了对 8 位带符号整数、16 位带符号整数和 32 位带符号整数求补码的函数，以及它们的逆运算的函数。通常我们求补码的时候也不会希望求一个任意二进制字节流的补码，都是对实际的 8 位带符号整数、16 位带符号整数和 32 位带符号整数求补码进行求补码运算的。

原码、反码和补码的基础知识我就不在这里啰嗦了，CSDN 网站上介绍这些知识的文章多得是！我就直接上代码了。

程序实现

统一数据类型

对于 8 位整数、16 位整数和 32 位整数，为了照顾到不同的编译环境，我定义了一堆统一的数据类型，包括：

  1. 8位带符号和无符号整型：int8_t 与 uint8_t；
  2. 16位带符号和无符号整型：int16_t 与 uint16_t；
  3. 32位带符号和无符号整型：int32_t 与 uint32_t；

这些定义我放在了 datatypes.h 这个头文件里，通常我的 C / C++ 程序都会引用这个头文件：

#ifndef _INC_COMMON_datatypes_H
#define _INC_COMMON_datatypes_H#if _MSC_VER && _MSC_VER < 1700
typedef __int8              int8_t;
typedef __int16             int16_t;
typedef __int32             int32_t;
typedef __int64             int64_t;
typedef unsigned __int8     uint8_t;
typedef unsigned __int16    uint16_t;
typedef unsigned __int32    uint32_t;
typedef unsigned __int64    uint64_t;
#else
#include <stdint.h>
#endiftypedef float           float32_t;
typedef double          float64_t;
typedef unsigned char	byte;
typedef char            sbyte;#ifdef _WIN64
#define ssize_t __int64
#else
#define ssize_t long
#endif#endif // !_INC_COMMON_datatypes_H

求补码的函数

头文件里面的函数原型定义：

#include "datatypes.h"#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif// 求 srcvalue 的8位补码, srcvalue 的取值范围是: [-128(-0x80), +127(+0x7F)]uint8_t I8_to_Complement(int8_t srcvalue);// 求 srcvalue 的16位补码, srcvalue 的取值范围是 : [-32768(-0x8000), +32767(+0x7FFF)]uint16_t I16_to_Complement(int16_t srcvalue);// 求 srcvalue 的32位补码, srcvalue 的取值范围是 : [-2147483648(-0x80000000), +2147483647(+0x7FFFFFFF)]uint32_t I32_to_Complement(int32_t srcvalue);#ifdef __cplusplus
} // ! extern "C"
#endif

函数实现：

// 求 srcvalue 的8位补码, srcvalue 的取值范围是: [-128(-0x80), +127(+0x7F)]
uint8_t I8_to_Complement(int8_t srcvalue)
{uint8_t compcode;if (srcvalue >= 0){compcode = (uint8_t)srcvalue;goto EXIT;}uint8_t tail = (uint8_t)(0 - srcvalue);tail = ~tail;compcode = tail + 1;EXIT:return compcode;
}// 求 srcvalue 的16位补码, srcvalue 的取值范围是 : [-32768(-0x8000), +32767(+0x7FFF)]
uint16_t I16_to_Complement(int16_t srcvalue)
{uint16_t compcode;if (srcvalue >= 0){compcode = (uint16_t)srcvalue;goto EXIT;}uint16_t tail = (uint16_t)(0 - srcvalue);tail = ~tail;compcode = tail + 1;EXIT:return compcode;
}// 求 srcvalue 的32位补码, srcvalue 的取值范围是 : [-2147483648(-0x80000000), +2147483647(+0x7FFFFFFF)]
uint32_t I32_to_Complement(int32_t srcvalue)
{uint32_t compcode;if (srcvalue >= 0){compcode = (uint32_t)srcvalue;goto EXIT;}uint32_t tail = (uint32_t)(0 - srcvalue);tail = ~tail;compcode = tail + 1;EXIT:return compcode;
}

根据补码求原值（即：求补码运算的逆运算）

头文件里面的函数原型定义：

#include "datatypes.h"#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif// 求8位补码 compcode 的原值int8_t Complement_to_I8(uint8_t compcode);// 求16位补码 compcode 的原值int16_t Complement_to_I16(uint16_t compcode);// 求32位补码 compcode 的原值int32_t Complement_to_I32(uint32_t compcode);#ifdef __cplusplus
} // ! extern "C"
#endif

函数实现：

// 求8位补码 compcode 的原值
int8_t Complement_to_I8(uint8_t compcode)
{int8_t srcvalue;uint8_t head = compcode & 0x80;if (head == 0){srcvalue = (int8_t)compcode;goto EXIT;}uint8_t tail = compcode - 1;tail = ~tail;srcvalue = 0 - (int8_t)tail;EXIT:return srcvalue;
}// 求16位补码 compcode 的原值
int16_t Complement_to_I16(uint16_t compcode)
{int16_t srcvalue;uint16_t head = compcode & 0x8000;if (head == 0){srcvalue = (int16_t)compcode;goto EXIT;}uint16_t tail = compcode - 1;tail = ~tail;srcvalue = 0 - (int16_t)tail;EXIT:return srcvalue;
}// 求32位补码 compcode 的原值
int32_t Complement_to_I32(uint32_t compcode)
{int32_t srcvalue;uint32_t head = compcode & 0x80000000;if (head == 0){srcvalue = (int32_t)compcode;goto EXIT;}uint32_t tail = compcode - 1;tail = ~tail;srcvalue = 0 - (int32_t)tail;EXIT:return srcvalue;
}

程序验证

我找到了一个求原码、反码、补码的在线工具，亲测靠谱，给大家推荐一下网址：https://www.lddgo.net/convert/number-binary-code

我用 CUnit 写了一些单元测试，来验证我上述提供的这些求补码的函数及其逆运算函数的正确性。我就不在这里科普 CUnit 的基本用法了，直接贴相关的单元测试代码。

单元测试程序的头文件

#ifndef _INC_UNITTETST_CUNIT_COMMFUNC_TESTCASES_COMMONFUNC_TS_A001_Common_H
#define _INC_UNITTETST_CUNIT_COMMFUNC_TESTCASES_COMMONFUNC_TS_A001_Common_H#define TS_A001_Identifier "TS_A001: Bit Operation"#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endifint TS_A001_Setup(void);int TS_A001_Cleanup(void);// 验证 I8_to_Complement 函数对输入参数`srcvalue`为0或正整数时工作正常void TC0001_I8_to_Complement_PositiveInteger();// 验证 I8_to_Complement 函数对输入参数`srcvalue`为负整数时工作正常void TC0002_I8_to_Complement_NegativeInteger();// 验证 Complement_to_I8 函数对 TC0001 和 TC0002 中的正/负整数求得的补码，都能逆向求得其原始值(正/负整数)void TC0003_Complement_to_I8();// 验证 I16_to_Complement 函数对输入参数`srcvalue`为0或正整数时工作正常void TC0004_I16_to_Complement_PositiveInteger();// 验证 I16_to_Complement 函数对输入参数`srcvalue`为负整数时工作正常void TC0005_I16_to_Complement_NegativeInteger();// 验证 Complement_to_I16 函数对 TC0004 和 TC0005 中的正/负整数求得的补码，都能逆向求得其原始值(正/负整数)void TC0006_Complement_to_I16();// 验证 I32_to_Complement 函数对输入参数`srcvalue`为0或正整数时工作正常void TC0007_I32_to_Complement_PositiveInteger();// 验证 I32_to_Complement 函数对输入参数`srcvalue`为负整数时工作正常void TC0008_I32_to_Complement_NegativeInteger();// 验证 Complement_to_I32 函数对 TC0007 和 TC0008 中的正/负整数求得的补码，都能逆向求得其原始值(正/负整数)void TC0009_Complement_to_I32();#ifdef __cplusplus
} // ! extern "C"
#endif#endif // !_INC_UNITTETST_CUNIT_COMMFUNC_TESTCASES_COMMONFUNC_TS_A001_Common_H

单元测试程序的测试用例实现

#include "CUnit/CUnit.h"
#include "Common/CommonFuncs.h"#include "TS_A001_Common.h"// ----------------------------------------------------------------------
// Public functions implementation
// ----------------------------------------------------------------------int TS_A001_Setup(void)
{return CUE_SUCCESS;
}int TS_A001_Cleanup(void)
{return CUE_SUCCESS;
}// ========================================================
// 参考：在线原码/反码/补码计算器
// https://www.lddgo.net/convert/number-binary-code
// ========================================================// 验证 I8_to_Complement 函数对输入参数`srcvalue`为0或正整数时工作正常
void TC0001_I8_to_Complement_PositiveInteger()
{
#define TC0001_VARS_COUNT 3int8_t SrcValues[TC0001_VARS_COUNT] = {0, 1, 127};uint8_t CompCodes[TC0001_VARS_COUNT] = {0, 1, 0x7F};for (int idx = 0; idx < TC0001_VARS_COUNT; idx++){uint8_t compcode = I8_to_Complement(SrcValues[idx]);CU_ASSERT_EQUAL(compcode, CompCodes[idx]);}
}// 验证 I8_to_Complement 函数对输入参数`srcvalue`为负整数时工作正常
void TC0002_I8_to_Complement_NegativeInteger()
{
#define TC0002_VARS_COUNT 6int8_t SrcValues[TC0002_VARS_COUNT] = {-1, -3, -63, -64, -127, -128};uint8_t CompCodes[TC0002_VARS_COUNT] = {0xFF, 0xFD, 0xC1, 0xC0, 0x81, 0x80};for (int idx = 0; idx < TC0002_VARS_COUNT; idx++){uint8_t compcode = I8_to_Complement(SrcValues[idx]);CU_ASSERT_EQUAL(compcode, CompCodes[idx]);}
}// 验证 Complement_to_I8 函数对 TC0001 和 TC0002 中的正/负整数求得的补码，都能逆向求得其原始值(正/负整数)
void TC0003_Complement_to_I8()
{
#define TC0003_VARS_COUNT 9int8_t SrcValues[TC0003_VARS_COUNT] = {0, 1, 127,-1, -3, -63, -64, -127, -128};uint8_t CompCodes[TC0003_VARS_COUNT] = {0, 1, 0x7F,0xFF, 0xFD, 0xC1, 0xC0, 0x81, 0x80};for (int idx = 0; idx < TC0003_VARS_COUNT; idx++){int8_t srcValue = Complement_to_I8(CompCodes[idx]);CU_ASSERT_EQUAL(srcValue, SrcValues[idx]);}
}// 验证 I16_to_Complement 函数对输入参数`srcvalue`为0或正整数时工作正常
void TC0004_I16_to_Complement_PositiveInteger()
{
#define TC0004_VARS_COUNT 7int16_t SrcValues[TC0004_VARS_COUNT] = {0, 1, 127, 128, 255,256, 32767};uint16_t CompCodes[TC0004_VARS_COUNT] = {0, 1, 0x7F, 0x80, 0xFF,0x0100, 0x7FFF};for (int idx = 0; idx < TC0004_VARS_COUNT; idx++){uint16_t compcode = I16_to_Complement(SrcValues[idx]);CU_ASSERT_EQUAL(compcode, CompCodes[idx]);}
}// 验证 I16_to_Complement 函数对输入参数`srcvalue`为负整数时工作正常
void TC0005_I16_to_Complement_NegativeInteger()
{
#define TC0005_VARS_COUNT 12int16_t SrcValues[TC0005_VARS_COUNT] = {-1, -3, -63, -64, -127, -128, -129, -255, -256,-257,-32767, -32768};uint16_t CompCodes[TC0005_VARS_COUNT] = {0xFFFF, 0xFFFD, 0xFFC1, 0xFFC0, 0xFF81, 0xFF80, 0xFF7F, 0xFF01, 0xFF00,0xFEFF,0x8001, 0x8000};for (int idx = 0; idx < TC0005_VARS_COUNT; idx++){uint16_t compcode = I16_to_Complement(SrcValues[idx]);CU_ASSERT_EQUAL(compcode, CompCodes[idx]);}
}// 验证 Complement_to_I16 函数对 TC0004 和 TC0005 中的正/负整数求得的补码，都能逆向求得其原始值(正/负整数)
void TC0006_Complement_to_I16()
{
#define TC0006_VARS_COUNT 19int16_t SrcValues[TC0006_VARS_COUNT] = {0, 1, 127, 128, 255,256, 32767,-1, -3, -63, -64, -127, -128, -129, -255, -256,-257,-32767, -32768};uint16_t CompCodes[TC0006_VARS_COUNT] = {0, 1, 0x7F, 0x80, 0xFF,0x0100, 0x7FFF,0xFFFF, 0xFFFD, 0xFFC1, 0xFFC0, 0xFF81, 0xFF80, 0xFF7F, 0xFF01, 0xFF00,0xFEFF,0x8001, 0x8000};for (int idx = 0; idx < TC0006_VARS_COUNT; idx++){int16_t srcValue = Complement_to_I16(CompCodes[idx]);CU_ASSERT_EQUAL(srcValue, SrcValues[idx]);}
}// 验证 I32_to_Complement 函数对输入参数`srcvalue`为0或正整数时工作正常
void TC0007_I32_to_Complement_PositiveInteger()
{
#define TC0007_VARS_COUNT 3int32_t SrcValues[TC0007_VARS_COUNT] = {0, 1, 0x7FFFFFFF};uint32_t CompCodes[TC0007_VARS_COUNT] = {0, 1, 0x7FFFFFFF};for (int idx = 0; idx < TC0007_VARS_COUNT; idx++){uint32_t compcode = I32_to_Complement(SrcValues[idx]);CU_ASSERT_EQUAL(compcode, CompCodes[idx]);}
}// 验证 I32_to_Complement 函数对输入参数`srcvalue`为负整数时工作正常
#if defined(_WIN32) && defined(_MSC_VER)
#pragma warning(disable: 4146)
#endif
void TC0008_I32_to_Complement_NegativeInteger()
{
#define TC0008_VARS_COUNT 4// 2147483647(DEC): 0x7FFFFFFF// 2147483648(DEC): 0x80000000int32_t SrcValues[TC0008_VARS_COUNT] = {-1, -2, -2147483647, -2147483648};uint32_t CompCodes[TC0008_VARS_COUNT] = {0xFFFFFFFF, 0xFFFFFFFE, 0x80000001, 0x80000000};for (int idx = 0; idx < TC0008_VARS_COUNT; idx++){uint32_t compcode = I32_to_Complement(SrcValues[idx]);CU_ASSERT_EQUAL(compcode, CompCodes[idx]);}
}// 验证 Complement_to_I32 函数对 TC0007 和 TC0008 中的正/负整数求得的补码，都能逆向求得其原始值(正/负整数)
#if defined(_WIN32) && defined(_MSC_VER)
#pragma warning(disable: 4146)
#endif
void TC0009_Complement_to_I32()
{
#define TC0009_VARS_COUNT 7int32_t SrcValues[TC0009_VARS_COUNT] = {0, 1, 0x7FFFFFFF,-1, -2, -2147483647, -2147483648};uint32_t CompCodes[TC0009_VARS_COUNT] = {0, 1, 0x7FFFFFFF,0xFFFFFFFF, 0xFFFFFFFE, 0x80000001, 0x80000000};for (int idx = 0; idx < TC0009_VARS_COUNT; idx++){int32_t srcValue = Complement_to_I32(CompCodes[idx]);CU_ASSERT_EQUAL(srcValue, SrcValues[idx]);}
}

单元测试的运行结果

通过单元测试，验证了程序的正确性。截图如下：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

这篇关于用 C 语言实现求补码的运算的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1062660。

相关文章

python生成随机唯一id的几种实现方法

python生成随机唯一id的几种实现方法

《python生成随机唯一id的几种实现方法》在Python中生成随机唯一ID有多种方法,根据不同的需求场景可以选择最适合的方案,文中通过示例代码介绍的非常详细,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习... 目录方法 1：使用 UUID 模块（推荐）方法 2：使用 Secrets 模块（安全敏感场景）方法
阅读更多...
Spring StateMachine实现状态机使用示例详解

Spring StateMachine实现状态机使用示例详解

《SpringStateMachine实现状态机使用示例详解》本文介绍SpringStateMachine实现状态机的步骤,包括依赖导入、枚举定义、状态转移规则配置、上下文管理及服务调用示例,重点解... 目录什么是状态机使用示例什么是状态机状态机是计算机科学中的​​核心建模工具​​，用于描述对象在其生命
阅读更多...
Spring Boot 结合 WxJava 实现文章上传微信公众号草稿箱与群发

Spring Boot 结合 WxJava 实现文章上传微信公众号草稿箱与群发

《SpringBoot结合WxJava实现文章上传微信公众号草稿箱与群发》本文将详细介绍如何使用SpringBoot框架结合WxJava开发工具包,实现文章上传到微信公众号草稿箱以及群发功能,... 目录一、项目环境准备1.1 开发环境1.2 微信公众号准备二、Spring Boot 项目搭建2.1 创建
阅读更多...
IntelliJ IDEA2025创建SpringBoot项目的实现步骤

IntelliJ IDEA2025创建SpringBoot项目的实现步骤

《IntelliJIDEA2025创建SpringBoot项目的实现步骤》本文主要介绍了IntelliJIDEA2025创建SpringBoot项目的实现步骤,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家... 目录一、创建 Spring Boot 项目1. 新建项目2. 基础配置3. 选择依赖4. 生成项目5.
阅读更多...
深入理解Go语言中二维切片的使用

深入理解Go语言中二维切片的使用

《深入理解Go语言中二维切片的使用》本文深入讲解了Go语言中二维切片的概念与应用,用于表示矩阵、表格等二维数据结构,文中通过示例代码介绍的非常详细,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧... 目录引言二维切片的基本概念定义创建二维切片二维切片的操作访问元素修改元素遍历二维切片二维切片的动态调整追加行动态
阅读更多...
Linux下删除乱码文件和目录的实现方式

Linux下删除乱码文件和目录的实现方式

《Linux下删除乱码文件和目录的实现方式》：本文主要介绍Linux下删除乱码文件和目录的实现方式,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录linux下删除乱码文件和目录方法1方法2总结Linux下删除乱码文件和目录方法1使用ls -i命令找到文件或目录
阅读更多...
SpringBoot+EasyExcel实现自定义复杂样式导入导出

SpringBoot+EasyExcel实现自定义复杂样式导入导出

《SpringBoot+EasyExcel实现自定义复杂样式导入导出》这篇文章主要为大家详细介绍了SpringBoot如何结果EasyExcel实现自定义复杂样式导入导出功能,文中的示例代码讲解详细,... 目录安装处理自定义导出复杂场景1、列不固定，动态列2、动态下拉3、自定义锁定行/列，添加密码4、合并
阅读更多...
mybatis执行insert返回id实现详解

mybatis执行insert返回id实现详解

《mybatis执行insert返回id实现详解》MyBatis插入操作默认返回受影响行数,需通过useGeneratedKeys+keyProperty或selectKey获取主键ID,确保主键为自... 目录 两种方式获取自增 ID：1. ​​useGeneratedKeys+keyProperty（推
阅读更多...
Spring Boot集成Druid实现数据源管理与监控的详细步骤

Spring Boot集成Druid实现数据源管理与监控的详细步骤

《SpringBoot集成Druid实现数据源管理与监控的详细步骤》本文介绍如何在SpringBoot项目中集成Druid数据库连接池,包括环境搭建、Maven依赖配置、SpringBoot配置文件... 目录1. 引言1.1 环境准备1.2 Druid介绍2. 配置Druid连接池3. 查看Druid监控
阅读更多...
Linux在线解压jar包的实现方式

Linux在线解压jar包的实现方式

《Linux在线解压jar包的实现方式》：本文主要介绍Linux在线解压jar包的实现方式,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录linux在线解压jar包解压 jar包的步骤总结Linux在线解压jar包在 Centos 中解压 jar 包可以使用 u
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2