算法查找 C 中整数的第 N 个字节

Question

可以通过创建字节类型的指针（例如

int

）并初始化为

char

的地址来找到存储在

int

内存的单个字节中的值。代码应该如下所示：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef char BYTE;

int main() {
    // Create an array of integers
    int num = 2147483647;
    BYTE *b = &num;
    
    // Loop over bytes
    for (int i = 0; i < sizeof(int); i++)
    {
        // Print value of i-th byte
        printf("%i\n", b[i]);
    }

    return 0;
}

虽然这适用于查找 4 字节整数内的字节值，但我正在寻找一种仅通过使用算法来查找相同值的方法。我的理解是上面的代码不能用于内存安全的语言，例如C#。

使用此算法的函数原型可能看起来像这样（假设我们定义了一个恰好是一个字节长的类型）：

// n is the integer from which we are getting the byte, index is the position of that byte
BYTE get_byte_from_int(int n, int index);

我认为这个算法需要一些除法和模数，但我在实际弄清楚该怎么做方面遇到了很多困难。

Answer 1

是的，您可以通过利用带有移位和掩码的位操作，从 C# 或任何内存安全语言中的整数中提取特定字节。这种方法不需要指针算术或不安全的代码，而且效率很高。

byte GetByteFromInt(int n, int index)
{
    return (byte)((n >> (8 * index)) & 0xFF);
}

工作原理：

1. 位移位 (

   >>

   ):
   • 整数

     n

     右移

     8 * index

     位。
   • 每移位 8 位，向右移动一个字节位置。
   • 这会将目标字节置于最低有效字节位置。

   移位值 = n >> (8 * 索引)

2. 位掩码 (

   & 0xFF

   ):
   • 然后用

     0xFF

     屏蔽移位后的值（十进制为

     255

     ）。
   • 此操作将除最低 8 位之外的所有位清零，从而有效隔离所需的字节。

   提取的字节 = 移位值 & 0xFF

用法示例：

假设您有整数

n = 0x12345678

并且您想要提取

index = 1

处的字节：

int n = 0x12345678;
int index = 1;

byte extractedByte = GetByteFromInt(n, index);

Console.WriteLine($"Extracted Byte: 0x{extractedByte:X2}");
// Output: Extracted Byte: 0x56

说明：

• 整数

  0x12345678

  （以字节为单位）为

  0x12 0x34 0x56 0x78

  。
• 从

  0

  （最低有效字节）开始索引，

  index = 1

  对应于

  0x56

  。

备注：

• 索引范围：

  • 确保

    index

    位于

    0

    和

    sizeof(int) - 1

    之间。
  • 在 32 位整数中，有效索引为

    0

    到

    3

    。

• 字节序：

  • 该方法假设采用小端系统（常见于 x86/x64 架构）。
  • 如果您使用的是大端系统，则字节顺序是相反的。

Answer 2

如果您想要整数的二进制表示中的第 n 个字节，则可以使用联合或指针双关。

typedef unsigned char BYTE;

BYTE get_byte_from_int(int n, int index)
{
    union
    {
        int i;
        BYTE b[sizeof(int)];
    }ui = {.i = n};

    return ui.b[index];
}

BYTE get_byte_from_int2(int n, int index)
{
    unsigned char *pb = (unsigned char *)&n;
    return pb[index];
}

如果您想要第 n 个“算术”字节，请使用位移操作：

BYTE get_byte_from_int(int n, int index)
{
    return (((unsigned)n) >> (index * 8)) & 0xff;
}