C/C++将64位整数转换为字符数组

Question

我有一个简单的程序，使用联合体来将64位整数与其对应的字节数组进行转换：

union u
{
  uint64_t ui;
  char c[sizeof(uint64_t)];
};

int main(int argc, char *argv[])
{
  u test;
  test.ui = 0x0123456789abcdefLL;
  for(unsigned int idx = 0; idx < sizeof(uint64_t); idx++)
    {
      cout << "test.c[" << idx << "] = 0x" << hex << +test.c[idx] << endl;
    }
  return 0;
}

我期望的输出结果是：

test.c[0] = 0xef
test.c[1] = 0xcd
test.c[2] = 0xab
test.c[3] = 0x89
test.c[4] = 0x67
test.c[5] = 0x45
test.c[6] = 0x23
test.c[7] = 0x1

但实际上我得到的是：

test.c[0] = 0xffffffef
test.c[1] = 0xffffffcd
test.c[2] = 0xffffffab
test.c[3] = 0xffffff89
test.c[4] = 0x67
test.c[5] = 0x45
test.c[6] = 0x23
test.c[7] = 0x1

我在Ubuntu LTS 14.04上使用GCC看到这个问题。我已经试图理解这个问题一段时间了。为什么char数组的前4个元素显示为32位整数，并带有0xffffff前缀？而且为什么只有前4个，不是所有的元素？有趣的是，当我使用数组写入流（这是整个事情的最初目的）时，会写入正确的值。但是逐个比较字符显然会导致问题，因为前4个字符不等于0xef，0xcd等等。

- tickferno

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将其转换为(char*)类型，然后读取4个字节...？ - SteJ

除此之外，我可以始终使用0x000000ff掩码来获取预期的值。我只是对这种行为背后的原因感兴趣。 - tickferno

显然你的实现使用了有符号字符。普通整数提升将会进行符号扩展。 - ewd

我认为这是因为test.c的类型是int，根据内核构建的体系结构，它将成为16位、32位或64位字...虽然有点猜测，但我需要重新学习C++！此外，根据@ewd的评论，您可能希望将其明确转换为(unsigned int)或(unsigned char)。 - SteJ

嘿，问题解决了！谢谢！ - tickferno

关于基于 sizeof 定义大小的说明：如果您使用 sizeof(<variable name>); 而不是 sizeof(<variable type>);，则如果您稍后更改源变量的类型，则更改会级联到依赖项。在这种情况下，char c[sizeof(ui)]; 的大小始终与 ui 相同。同样，在 for 循环中 sizeof(test.ui) 也是如此。 - user4581301

Answer 1

使用char并不是正确的做法，因为它可能是signed或unsigned。使用unsigned char。

union u
{
  uint64_t ui;
  unsigned char c[sizeof(uint64_t)];
};

- R Sahu

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解决了。现在的问题是将数组写入流会产生错误，因为流只接受“char *”而不是“unsigned char *”，而且我并不喜欢一直使用“reinterpret_cast”... - tickferno

@tickferno，如果你需要关于流媒体问题的帮助，请发布另一个明确涉及该问题的问题。 - R Sahu

Answer 2

由于前置的一元操作符+，char会被提升为int。由于你的chars是有符号的，任何最高位设置为1的元素都被解释为负数，并且被提升为具有相同负值的整数。有几种不同的解决方法：

1. 去掉+：... << test.c[idx] << ...。这可能会将字符打印为字符而不是数字，因此可能不是一个好的解决方案。
2. 将c声明为unsigned char。这将把它提升为unsigned int。
3. 在传递之前明确地转换+test.c[idx]：... << (unsigned char)(+test.c[idx]) << ...
4. 使用二进制&将整数的上层字节设为零：... << +test.c[idx] & 0xFF << ...。这将只显示最低位字节，无论如何提升char。

- Mad Physicist

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char在<<运算符中不会被提升，这是由于一元+运算符造成的。如果您从代码中删除一元+，这一点很容易看出来。 - Sami Kuhmonen

去掉一元+运算符会直接打印字符，但我对它们的实际十六进制值感兴趣（否则十六进制运算符没有帮助）。另外以下代码无法通过：test.c[0] == 0xef。 - tickferno

好的，已经相应地进行了编辑。 - Mad Physicist

Answer 3

使用无符号字符或者使用test.c[idx] & 0xff来避免当char value > 0x7f被转换成int时的符号扩展。

- Andreas Mueller

Answer 4

这是无符号字符与有符号字符及其转换为整数的问题

- KIIV

Answer 5

一元加号使char提升为int（整数提升）。由于您有符号的 chars，值将被用作这样，并且其他字节将反映出来。

并不是只有四个是 ints，它们都是。你只是看不到它，因为前导零没有显示。

要么使用unsigned char或& 0xff进行提升以获得所需的结果。

- Sami Kuhmonen