用 4 个复合字节构建 32 位浮点数

Question

我正在尝试用 4 个复合字节构建一个 32 位浮点数。是否有比以下方法更好（或更便携）的方法来执行此操作？

#include <iostream>

typedef unsigned char uchar;

float bytesToFloat(uchar b0, uchar b1, uchar b2, uchar b3)
{
    float output;

    *((uchar*)(&output) + 3) = b0;
    *((uchar*)(&output) + 2) = b1;
    *((uchar*)(&output) + 1) = b2;
    *((uchar*)(&output) + 0) = b3;

    return output;
}

int main()
{
    std::cout << bytesToFloat(0x3e, 0xaa, 0xaa, 0xab) << std::endl; // 1.0 / 3.0
    std::cout << bytesToFloat(0x7f, 0x7f, 0xff, 0xff) << std::endl; // 3.4028234 × 10^38  (max single precision)

    return 0;
}

Answer 1

您可以使用 memcpy (Result)

float f;
uchar b[] = {b3, b2, b1, b0};
memcpy(&f, &b, sizeof(f));
return f;

或 union* (结果）

union {
  float f;
  uchar b[4];
} u;
u.b[3] = b0;
u.b[2] = b1;
u.b[1] = b2;
u.b[0] = b3;
return u.f;

但这并不比您的代码更可移植，因为不能保证该平台是小端字节序或float 使用 IEEE binary32 甚至 sizeof(float) == 4。

（注*：如 @James，从技术上讲，标准（C++ §[class.union]/1）不允许访问联合成员uf。）

Answer 2

以下函数将表示单精度浮点值的字节按网络字节顺序打包/解包到缓冲区或从缓冲区中解包。只有 pack 方法需要考虑字节顺序，因为 unpack 方法通过将各个字节移位适当的量，然后将它们组合在一起，显式地从各个字节构造 32 位值。这些函数仅对以 32 位存储浮点数的 C/C++ 实现有效。这对于 IEEE 754-1985 浮点实现来说是正确的。

// unpack method for retrieving data in network byte,
//   big endian, order (MSB first)
// increments index i by the number of bytes unpacked
// usage:
//   int i = 0;
//   float x = unpackFloat(&buffer[i], &i);
//   float y = unpackFloat(&buffer[i], &i);
//   float z = unpackFloat(&buffer[i], &i);
float unpackFloat(const void *buf, int *i) {
    const unsigned char *b = (const unsigned char *)buf;
    uint32_t temp = 0;
    *i += 4;
    temp = ((b[0] << 24) |
            (b[1] << 16) |
            (b[2] <<  8) |
             b[3]);
    return *((float *) &temp);
}

// pack method for storing data in network,
//   big endian, byte order (MSB first)
// returns number of bytes packed
// usage:
//   float x, y, z;
//   int i = 0;
//   i += packFloat(&buffer[i], x);
//   i += packFloat(&buffer[i], y);
//   i += packFloat(&buffer[i], z);
int packFloat(void *buf, float x) {
    unsigned char *b = (unsigned char *)buf;
    unsigned char *p = (unsigned char *) &x;
#if defined (_M_IX86) || (defined (CPU_FAMILY) && (CPU_FAMILY == I80X86))
    b[0] = p[3];
    b[1] = p[2];
    b[2] = p[1];
    b[3] = p[0];
#else
    b[0] = p[0];
    b[1] = p[1];
    b[2] = p[2];
    b[3] = p[3];
#endif
    return 4;
}

Answer 3

您可以使用 std::copy ：

float bytesToFloat(uchar b0, uchar b1, uchar b2, uchar b3) 
{ 
    uchar byte_array[] = { b3, b2, b1, b0 };
    float result;
    std::copy(reinterpret_cast<const char*>(&byte_array[0]),
              reinterpret_cast<const char*>(&byte_array[4]),
              reinterpret_cast<char*>(&result));
    return result;
} 

这可以避免联合黑客，这在技术上是该语言不允许的。它还避免了常用的 reinterpret_cast(byte_array)，它违反了严格的别名规则（允许将任何对象重新解释为 char 数组，因此此解决方案中的reinterpret_cast不会违反严格的别名规则）。

它仍然依赖于 float 宽度为四个字节，并依赖于您的四个字节是实现的浮点格式中的有效浮点数，但是您要么必须做出这些假设，要么必须编写特殊的处理代码来进行转换。

Answer 4

没有办法做到这一点可移植，因为不同的平台可以使用：

• 不同的字节顺序（大端与小端）
• 浮点值的不同表示（参见 http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_754-1985 为例）
• 浮点值的不同大小

我也想知道你从哪里得到这 4 个字节？

如果我假设您从另一个系统获取它们，并且可以保证两个系统使用完全相同的方法在内存中存储浮点值，则可以使用联合技巧。否则，你的代码几乎肯定是不可移植的。

Answer 5

如果您想要一种可移植的方式来执行此操作，则必须编写一些代码来检测系统的字节顺序。

float bytesToFloatA(uchar b0, uchar b1, uchar b2, uchar b3)
{
    float output;

    *((uchar*)(&output) + 3) = b0;
    *((uchar*)(&output) + 2) = b1;
    *((uchar*)(&output) + 1) = b2;
    *((uchar*)(&output) + 0) = b3;

    return output;
}


float bytesToFloatB(uchar b0, uchar b1, uchar b2, uchar b3)
{
    float output;

    *((uchar*)(&output) + 3) = b3;
    *((uchar*)(&output) + 2) = b2;
    *((uchar*)(&output) + 1) = b1;
    *((uchar*)(&output) + 0) = b0;

    return output;
}

float (*correctFunction)(uchar b0, uchar b1, uchar b2, uchar b3) = bytesToFloatA;

if ((*correctFunction)(0x3e, 0xaa, 0xaa, 0xab) != 1.f/3.f) // horrifying, I know
{
  correctFunction = bytesToFloatB;
}

Answer 6

我通常在 C 中使用它——不需要 memcpy 或 union。我不知道它可能会违反 C++ 中的别名规则。

float bytesToFloat(uint8_t *bytes, bool big_endian) {
    float f;
    uint8_t *f_ptr = (uint8_t *) &f;
    if (big_endian) {
        f_ptr[3] = bytes[0];
        f_ptr[2] = bytes[1];
        f_ptr[1] = bytes[2];
        f_ptr[0] = bytes[3];
    } else {
        f_ptr[3] = bytes[3];
        f_ptr[2] = bytes[2];
        f_ptr[1] = bytes[1];
        f_ptr[0] = bytes[0];
    }
    return f;
}

如果您有一个完整的字节数组需要重新解释为浮点数，则如有必要，您可以对数组中每个连续的 4 个字节序列调用以下过程，以切换字节顺序（例如，如果您运行在小端机器，但字节按大端顺序）。然后，您可以简单地将 uint8_t * 数组指针转换为 float *，并以浮点数数组的形式访问内存。

void switchEndianness(uint8_t *bytes) {
    uint8_t b0 = bytes[0];
    uint8_t b1 = bytes[1];
    uint8_t b2 = bytes[2];
    uint8_t b3 = bytes[3];
    bytes[0] = b3;
    bytes[1] = b2;
    bytes[2] = b1;
    bytes[3] = b0;
}