C语言中的双精度变量数据类型的算术位移

Question

我正在尝试在C语言中进行双精度数据类型的算术位移。我想知道这是否是正确的方法：

注意：firdelay[][]在主函数中声明为 double firdelay[8][12]

void function1(double firdelay[][12]) {
    int * shiftptr;

    // Cast address of element of 2D matrix (type double) to integer pointer
    *shiftptr = (int *) (&firdelay[0][5]); 

    // Dereference integer pointer and shift right by 12 bits
    *shiftptr >>= 12; 
}

- Veridian

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您希望通过对双精度浮点数进行位移来实现什么目的？ - Praetorian

我正在将一个Simulink模型转换为C语言，在该模型中，使用Shift Arithmetic块将double类型向右算术移位12位。因此，我需要在C语言中执行相同的操作。 - Veridian

你能指出一些描述该模型的链接吗？我真的怀疑通过位移双精度浮点数可以得到有意义的东西。 - Alexandre C.

这个模型是数字 --> 转换为双精度浮点数 --> 右移12位 - Veridian

Answer 1

位移浮点数据类型不会给你想要的结果。

在Simulink中，位移算术块仅对整数数据类型进行比特位移。如果您使用浮点数类型，则将输入信号除以掩码对话框中指定的要移位的位数的2^N。

编辑：
由于您没有执行任何浮点数运算的能力，因此您的选项是：

• 了解浮点单精度数字的布局，然后找出如何按位操作它以实现除法。
• 将您正在移植的任何算法转换为使用固定点数据类型而不是浮点数

我建议选择选项2，比选项1容易得多。

- Praetorian

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所以你的意思是我应该除以2^N而不是位移吗？嗯...在C代码完成后，我需要将这个模型转换为汇编，你有什么想法如何将该方法扩展到汇编中？（我的汇编中每个数据字为16位） - Veridian

@starbox：要将代码转换为汇编语言，请让编译器帮你完成（使用gcc的“-S”开关）。 - Alexandre C.

@starbox 你需要查找处理器文档以获取汇编浮点除法指令，然后使用它（如果我要猜的话，类似于 fdiv）。 - Praetorian

@starbox 然后祝你好运！看看我的编辑。 - Praetorian

要将浮点数除以2^n，只需将其指数减少n，当它下溢时需要进行一些特殊处理。 - starblue

Answer 2

将浮点数据类型（重新解释为int）进行位移操作会得到无意义的结果（请看二进制表示的图表这里以了解原因）。

如果要乘除2的幂次方，则应该明确执行此操作。

- Oliver Charlesworth

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我并没有将数据类型转换为int，我只是将地址转换为整数指针。根据这个网站：http://www.cs.umd.edu/class/spring2003/cmsc311/Notes/BitOp/bitshift.html 这就是你应该这样做的方式。 - Veridian

@starbox：作者是正确的，这确实是如何对浮点数据类型的二进制内容进行位移操作。但是，该操作不会给出有意义的结果。 - Oliver Charlesworth

@starbox: 写这个链接的人应该被枪毙。不能保证float和int有相同的大小，也没有办法保证结果应该是什么。不要对浮点数进行位移操作，更重要的是，不要使用那些类型转换的技巧，它们的行为是未定义的。 - Alexandre C.

@starbox：它只是将符号位移入指数中，将指数位移入尾数中，并丢弃一些尾数位。这可能不是你想要的！ - Oliver Charlesworth

通过右移，您只需将符号位向指数位移动，将指数位向分数位移动（这是浮点数的布局）。因此，结果将毫无意义。请查看下面我的答案，了解为什么在Simulink中可以使用此方法的解释。 - Praetorian

Answer 3

根据措辞不清且非常不明确的文档，在Simulink中，“位移”似乎需要两个浮点值作为参数，并具有将浮点值乘以2的参数差次方的效果。

您可以使用ldexp(double_number, bits_to_pseudo_shift)来获得此行为。函数ldexp位于<math.h>中。

- Alexandre C.

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我同意，这份文档太糟糕了。 - Veridian

Answer 4

没有正确的方法来做这件事。 << 的两个操作数必须是某种整数类型。

你正在将一个 double 对象解释为一个 int 对象（称为“类型转换”），然后移位得到结果的 int 值。即使 double 和 int 恰好是相同大小，这也很不可能有任何有用的作用。（即使它有用，移位无符号值比移位有符号值更有意义）。

- Keith Thompson

Answer 5

有一种方法可以实现这个目标：只需将n添加到双精度位表示的指数部分即可。使用“reinterpret”或按位转换（例如使用联合）将您的双精度转换为长整型。从52到63提取位（11位），然后添加您的移位并将结果放回指数中。您应该考虑双精度的特殊值（+无穷大，NaN或零）。

double operator_shift_left(double a,int n)
{
    union 
    {
        long long l;
        double d;
    } r;
    r.d=a;
    switch(r.l)
    {
        case 0x0000000000000000: // 0
        case 0x8000000000000000: // -0
        case 0x7FF0000000000000: // pos infnity
        case 0xFFF0000000000000: // neg infnity
        case 0x7FF0000000000001: // Nan
        case 0x7FF8000000000001: // Nan
        case 0x7FFFFFFFFFFFFFFF: // Nan
            return a;
    }
    int nexp=(((r.l>>52)&0x7FF)+n); // new exponent
    if (nexp<0) // underflow 
    {
        r.l=r.l &  0x8000000000000000;
        // returns +/- 0
        return r.d;
    }
    if (nexp>2047) // overflow
    {
        r.l=(r.l & 0x8000000000000000)| 0x7FF0000000000000;
        // returns +/- infinity
        return r.d;
    }
    // returns the number with the new exponant

    r.l=(r.l & 0x800FFFFFFFFFFFFF)|(((long long)nexp)<<52); 
    return r.d;


}

（可能有一些x64处理器指令可以完成这个操作？）

- Edgard Neuman

Answer 6

这个的一个潜在用例是捕获尾数位、指数位和符号位（如果有兴趣的话）。为此，您可以使用一个联合：

union doubleBits {
    double d;
    long l;
};

你可以将你的双精度数设置到联合体中：

union doubleBits myUnion;
myUnion.d = myDouble;

在提取位之后，对联合体的长部分进行位移，如下所示：

myUnion.l >>= 1;

由于双精度浮点数的每个部分的位数是固定的，因此这是一种提取底层位表示的方法。这是一个使用案例，可能希望获取原始底层位。我不熟悉Simulink，但如果这可能是双精度浮点数在第一次移位时的原因，那么这可能是在C中实现该行为的一种方式。它始终是12位的事实使我想到了其他方面，但以防万一，我认为值得为其他遇到这个问题的人指出。

- mcbachman1