C ++：Union vs Bitwise运算符

Question

我有两个char ，我想把它们“按”拼接在一起。
例如：

char c1 = 11; // 0000 1011
char c2 = 5;  // 0000 0101
short int si = stitch(c1, c2); // 0000 1011 0000 0101

所以，我首先尝试的是按位运算符：

short int stitch(char c1, char c2)
{
    return (c1 << 8) | c2;
}

但这不起作用：我得到一个short等于c2 ...... （1）为什么？
（但是： c1和c2在我的真实应用程序中是负数...也许这是问题的一部分？）

所以，我的第二个解决方案是使用union ：

union stUnion
{
    struct
    {
         char c1;
         char c2;
    }
    short int si;
}

short int stitch(char c1, char c2)
{
    stUnion u;
    u.c1 = c1;
    u.c2 = c2;
    return u.si;
}

这就像我想要的...... ^_我想

（2）什么是最好/最快的方式？

谢谢！

Answer 1

union方法最多是实现定义的（实际上，它将非常可靠地工作，但si的格式取决于平台的字节顺序）。

正如您所怀疑的那样，按位方式的问题是负数。 负数由前导1的链表示。 所以-5例如是

1111 1011

如果将其转换为int或甚至unsigned int ，它就会变为

1111 1111 1111 … 1111 1011

当应用OR时，所有那些1将淹没左移数据。

要解决这个问题，请将char为unsigned char ，然后转换为int （以防止溢出，甚至出现溢出的可能性）：

short int stitch(char c1, char c2)
{
    return ( (int) (unsigned char) c1 << 8) | (unsigned char) c2;
}

或者，如果您可以自由更改参数的类型，并且可以包含<cstdint> ，

uint16_t stitch( uint8_t c1, uint8_t c2)
{
    return ( (int) c1 << 8 ) | c2;
}

Answer 2

$ 5.8 / 1状态 - “操作数应为整数或枚举类型，并执行整数提升。结果的类型是提升左操作数的类型。如果右操作数为负，或者等于或等于，则行为未定义以升级的左操作数的位数为长度。“

因此，尝试将c1类型转换为unsigned int，然后对C2进行按位OR运算。 还将输出作为unsigned int返回。 chars被提升为int但我们希望成为'unsigned int'

Answer 3

原因是在执行按位OR之前首先将c2提升为int ，这会导致符号扩展（假设char已签名且可以保存负值）：

char x1 = -2; // 1111 1110
char x2 = -3; // 1111 1101

short int si = stitch(c1, c2); // 1111 1111 1111 1101

提升为int的x2的表示是（至少）1字节满1 ，因此它会覆盖先前向上移位的x1的零位。 您可以先转换为unsigned char 。 使用两个补码表示，不会更改最低字节中的位模式。 虽然不是绝对必要，但为了保持一致性，你也可以将c1为unsigned char （如果short是2个字节长，那么c1符号扩展超出这2个字节并不重要）

short int stitch(char c1, char c2) {
    return ((unsigned char)c1 << 8) | (unsigned char)c2;
}

Answer 4

移位/或方法一旦修复，就更清晰，因为它不依赖于字节排序。

除此之外，由于存储到负载转发（STLF）问题，许多现代CPU上的union方法可能会更慢。 您正在将值写入内存，然后将其作为不同的数据类型读回。 如果发生这种情况，许多CPU无法快速将数据发送到负载。 负载需要等到存储完全完成（退役），将其数据写入L1缓存。

在没有桶形移位器的非常旧的CPU（移位8需要8次操作）和简单的有序执行（例如68000）上，union方法可能更快。

Answer 5

你不应该使用联盟。 你永远不应该同时使用联合字段。 如果工会有成员A和成员B，那么你必须考虑A和B是无关的。 那是因为编译器可以随意在任何地方添加填充（除了在struct的前面）。 另一个问题是字节顺序（小/大端）。

//编辑上面的“联合规则”有例外，您可以同时使用这些成员，这些成员位于前端并具有相同的布局。 即

union {
    struct {
        char c;
        int i;
        short s;
    } A;
    struct {
        char c;
        int i;
        char c1;
        char c2;
    } B;
};

Ac和Ai可与Bc和Bi同时使用