C# 从补码中获取有符号数的实际数值

C# 从补码中获取有符号数的实际数值

原理

计算机存储数据时，默认是存储数据的补码。有符号的数粗存在符号位（最高位）。

这里就会提到原码、反码、补码的概念。

原码：用符号位和数值表示带符号数，正数的符号位用“0”表示，负数的符号位用“1”表示，数值部分用二进制形式表示。

反码：正数的反码与原码相同，负数的反码为对该数的原码除符号位外各位取反。

补码：正数的补码与原码相同，负数的补码为对该数的原码除符号位外各位取反，然后在最后一位加1.

思路

下位机上传有符号数时，直接上传的是补码。上位机解析时，需要手动转换：

一、当数为负数时。

0.获取该数据的补码，去掉最高位(符号位)并将其合并到一个结构体中（数据通信一般以字节为单位）。

1.空位（不用的位）补全，高位不用的置1。

2.将补码-1

3.然后再取反

4.乘上比例尺与-1

二、当数为正数时。

0.获取该数据的补码，去掉最高位(符号位)并将其合并到一个结构体中（数据通信一般以字节为单位）。

1.乘上比例尺

示例

下位机上传的数据中有8个字节，其中第4（从0开始）字节的低四位和第5字节的高7位组成一个参数，这个参数是有符号的数据，与整数之间的比例尺是0.1。要求解析出该参数。

代码

// 获取数据

byte[] data = new byte[8];

data = GetDataFromUsb();

            // 解析数据
            // 当上传的数据为负数时
            if ((UInt16)(data[4] & 0x08) == 0x08)
            {
                // 去掉最高位获取数据
                UInt16 s = (UInt16)(((data[4] & 0x07) << 7) + (UInt16)((data[5] >> 1) & 0x7F));

                // 空位补全，高位不用的置1
                UInt16 s1 = (UInt16)(s | 0xFC00);

                // 补码-1
                UInt16 s2 = (UInt16)(s1 - 1);

                // 取反
                UInt16 s3 = (UInt16)~s2;

                // 乘上-1和比例尺
                _Speed = -(s3 * 0.1f);
            }
            // 当待解析的数据为正数时
            else
            {
                // 去掉最高位获取数据
                UInt16 s = (UInt16)(((data[4] & 0x07) << 7) + (UInt16)((data[5] >> 1) & 0x7F));

                // 乘上比例尺
                _Speed = s * 0.1f;
            }

图表解释

1._Speed参数的占位情况。

7 6 5 4 3 2 1 0

data[4] F_Speed _Speed _Speed _Speed

data[5] _Speed _Speed _Speed _Speed _Speed _Speed _Speed

其中data[4]的第3位为我们符号位，也就是F_Speed。当我们做有符号码转换时，可以直接忽略，因为他不影响我们真实值的改变。

2.空位补全缘由

当我们使用更大的空间来做容器填充数据时，负数的空位补全。

UInt16也就等于2个字节

第0步运算之后，我们数据如下图所示。

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

_S _S _S _S _S _S _S _S _S _S

我们知道，上面的所有_S的数据都是元数据的补码，因为该数是负数，所以我们需要将这个数据的符号位置为1，其它未使用的位（14、13、12、11、10）也置为1。这样我们就可以通过-1再求反码得到负数的值了。

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