C 反转 16 位整数的位

Question

此代码不会简单地按预期反转 16 位整数的位：

#include <stdint.h>
typedef uint16_t U16;

U16 myNum = 0xffff;
~myNum // 0xffff0000, not 0x0000

因为 C 在进行反转之前会将 16 位整数提升为 32 位整数（参见 1、2）。

16 位按位反转有哪些选项？我能想到：

~myNum & 0xffff
// or 
((U16)~myNum)

但他们似乎容易出错/误解。如果我想要一个简洁的 16 位反转，我是不是运气不好？

Answer 1

短篇故事：直接投射回想要的类型，

(uint16_t)~myNum

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长话短说：问题确实是，由于隐式提升，几乎所有以小整数类型开始的 C 运算符（例如

char

/

short

等）最终都使用

int

类型。如果您在 32 位机器上有

uint16_t

并应用

~

，这会特别麻烦，因为操作数将提升为

int

类型，结果将是

int

类型，因此在这个案例。

使用

~

的一般最佳实践是始终将结果转换回预期类型，在本例中为

(uint16_t)~myNum

。到无符号的转换是根据数学值模 2^n 明确定义的，其中 n 是无符号类型的位数。或者，如果您愿意，只需丢弃

int

的高位字节，留下 0x0000。

此外，即使存在隐式提升，编译器也足够聪明，可以告诉您，在

(uint16_t)~myNum

的情况下，不会出现意外的副作用，例如符号更改。因此，它可以优化此表达式以在机器代码中执行 16 位类型，如果这会导致更快的执行速度（当然是 8/16 位 CPU 上的情况）。而像

if(~myNum > 0)

这样的东西无法在 16 位上执行，因为到

int

的隐式转换导致符号性发生变化并给出负值。

最佳实践是永远不要编写包含或依赖隐式提升的代码，或者假装它不存在。例如

myNum = ~myNum;

也可以工作，但这段代码可能意味着两件事：要么程序员想到了隐式提升，但意识到在这种特定情况下这并不重要。或者程序员没有想到隐式提升，只是运气好才得到了正确的代码。而最佳实践

myNum = (uint16_t)~myNum;

意味着程序员确实考虑过它，此外，这还将消除来自编译器/静态分析器的有符号到无符号隐式转换警告。