从 IEEE754 浮点格式读取字节的正确方法

Question

我有一个要求，我需要读取 单精度 IEEE754 float 表示的 4 个原始字节，以便在没有任何修改的情况下在串行端口上发送。我只是想问一下提取以下字节的正确方法是什么:

1.) 创建 union ，例如:

typedef union {
  float f;
  uint8_t bytes[4];
  struct {
    uint32_t mantissa : 23;
    uint32_t exponent : 8;
    uint32_t sign : 1;
  };
} FloatingPointIEEE754_t ;

然后在写入浮点变量 f 后只读取 bytes[] 数组？

2.) 或者，通过使 uint32_t 类型指针指向 float 变量的函数提取字节，然后通过掩码

uint32_t extractBitsFloat(float numToExtFrom, uint8_t numOfBits, uint8_t bitPosStartLSB){
  uint32_t *p = &numToExtFrom;
  /* validate the inputs */
  if ((numOfBits > 32) || (bitPosStartLSB > 31)) return NULL;
  /* build the mask */
  uint32_t mask = ((1 << numOfBits) - 1) << bitPosStartLSB;
  return ((*p & mask) >> bitPosStartLSB);
}

调用方式如下:

valF = -4.235;
byte0 = extractBitsFloat(valF, 8, 0);
byte1 = extractBitsFloat(valF, 8, 8);
byte2 = extractBitsFloat(valF, 8, 16);
byte3 = extractBitsFloat(valF, 8, 24);

如果您认为上述两种方法都是错误的，请告诉我正确的方法!

Answer 1

首先，我假设您正在专门为一个平台编写代码，其中 float 实际上 以 IEEE754 单个 表示。您不能一般认为这是理所当然的，因此您的代码将无法移植到所有平台。

那么，union 方法是正确的方法。但是不要添加这个位域成员!无法保证位的排列方式，因此您可能会访问错误的位。只需这样做:

typedef union {
  float f;
  uint8_t bytes[4];
} FloatingPointIEEE754;

此外，不要为您自己的类型添加 _t 后缀。在 POSIX 系统上，这是为实现保留的，因此最好始终避免它。

不使用union，通过char 指针访问字节也可以:

unsigned char *rep = (unsigned char *)&f;
// access rep[0] to rep[3]

请注意，在这两种情况下，您都在访问内存中的表示形式，这意味着您必须注意 endianness你的机器。

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您的第二个选项不正确，它违反了严格的别名规则。简而言之，不允许通过不兼容类型的指针访问对象，char 指针是访问表示的显式异常(exception)。确切的规则写在 6.5 p7 of N1570 中，C11 标准的最新草案。