在C语言中的类型转换：注意事项

Question

我正在使用C语言编程Atmel SAMD20。我遇到了一个错误，现在已经修复了，但我不太确定为什么会出错。有人能指出来吗？（可能太明显了，我等下要自己面壁思过了。）

一组传感器正在生成uint16_t数据，我将其转换为uint8_t以通过I2C发送。所以，这就是我最初的写法：

for (i = 0; i < SENSBUS1_COUNT; ++i)
{
  write_buffer[ (i*2) ] = (uint8_t) sample_sensbus1[i] & 0xff;
  write_buffer[(i*2)+1] = (uint8_t) sample_sensbus1[i] >> 8;
}

这里，write_buffer 是 uint8_t 类型，而 sample_sensbus1 是 uint16_t 类型。

出于某种原因，这会导致最高有效字节出错（在大多数情况下，最高有效字节只是 1（即 0x100））。另一方面，这段代码运行良好，正是所期望的：

for (i = 0; i < SENSBUS1_COUNT; ++i)
{
  write_buffer[ (i*2) ] = sample_sensbus1[i] & 0xff;
  write_buffer[(i*2)+1] = sample_sensbus1[i] >> 8;
}

显然，隐式转换比我更聪明。

发生了什么？

- Shreyas

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故事的寓意：括号！扇自己一巴掌 - Shreyas

而咖啡..... - Shreyas

@ChristianGibbons 被截断的部分也可能是依赖于系统的。很难说。也许在 大端 系统上，较低的字节被截断了。不要引用我说的话，但这很可能是真的。 - Shreyas

假设您创建了一个指向uint16_t数组的uint8_t *，那么它们被截断就不会有问题，因为您可以使用字节索引来索引整个数据集（uint8_t数组中的元素数量将是原数组的两倍）。但正如您提到的字节序一样，这确实提醒我字节顺序实际上取决于系统。 - Christian Gibbons

@ShreyasVinod 不，C语言比那更聪明。如果你在大端系统上将uint16_t强制转换为uint8_t，你仍然会截断更重要的字节。但是，如果你将指针——即uint16_t *强制转换为uint8_t *，在大端系统上解引用时确实会丢失较不重要的字节。 - Charles Srstka

Answer 1

write_buffer[(i*2)+1] = (uint8_t) sample_sensbus1[i] >> 8;

这相当于：

write_buffer[(i*2)+1] = ((uint8_t) sample_sensbus1[i]) >> 8;

正如您所看到的，它在移位之前进行了强制类型转换。 您最重要的字节现在已经消失了。

尽管如此，这应该可以工作：

write_buffer[(i*2)+1] = (uint8_t) (sample_sensbus1[i] >> 8);

- Charles Srstka

Answer 2

在执行移位或掩码操作之前，您的代码将 uint16_t 转换为 uint8_t。它被视为您编写的以下代码：

write_buffer[ (i*2) ] = ((uint8_t)sample_sensbus1[i]) & 0xff;
write_buffer[(i*2)+1] = ((uint8_t)sample_sensbus1[i]) >> 8;

您可能需要：

write_buffer[ (i*2) ] = (uint8_t)(sample_sensbus1[i] & 0xff);
write_buffer[(i*2)+1] = (uint8_t)(sample_sensbus1[i] >> 8);

实际上，未转换版本也可以。请记住，强制转换告诉编译器“我比你更了解这个;按照我的说法做”。如果您不比编译器更了解，则可能会很危险。尽可能避免使用强制转换。您还需要注意的是，左移或右移类型大小的位数（或更多）是未定义的行为。但是，((uint8_t)sample_sensbus [i]) >> 8不是未定义的行为，因为存在“通常的算术转换”，这意味着在移位发生之前，(uint8_t)sample_sensbus[i]的结果将被转换为int，而int的大小不能为8位（必须至少为16位才能满足标准），因此移位不会太大。

- Jonathan Leffler

Answer 3

Casting是一元前缀运算符，因此其优先级非常高。

(uint8_t) sample_sensbus1[i] & 0xff

parses as

((uint8_t)sample_sensbus1[i]) & 0xff

在这种情况下，& 0xff 是多余的。但是：

(uint8_t) sample_sensbus1[i] >> 8

parses as

((uint8_t)sample_sensbus1[i]) >> 8

这里的cast将数字截断为8位，然后>> 8移位使所有内容都被移出。

- melpomene

Answer 4

问题出在这个表达式中：

(uint8_t) sample_sensbus1[i] >> 8; 

它正在执行以下序列：

1. 将sample_sensbus1[i]转换为uint8_t，即将其截断为8个最低有效位。这就是你失去数据的地方。
2. 将上述结果作为通常算术转换的一部分转换为int，使得只设置了8个较低位的int。
3. 将上述int向右移动8位，实际上使整个表达式为零。

- Eugene Sh.

Answer 5

这是一个运算符优先级的问题。在第一个例子中，您首先将其转换为uint8_t，然后再应用&和>>运算符。在第二个例子中，在隐式转换发生之前就先应用了这些运算符。

- mrks

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该死的括号丢了。我就知道。扶额 - Shreyas