Vorzeichenbehaftete Zahlen und Endianess

[Benmik]

Über das Vertauschen von Bytes bei Little Endian <-> Big Endian findet man viel im Netz, auch hier wurde das Thema schon ausführlich diskutiert.

Wozu ich praktisch nichts gefunden habe, ist das Konvertieren bei Zahlen mit Vorzeichen, und insbesondere bei 64-Bit-Apps (da sind alle Assembler-Lösungen, die so gepostet werden, gleich vom Tisch).

Also - wie konvertiert man ShortInt, SmallInt, Integer, Int64, Single oder Double in einer 64-Bit-App?

[Neutral General]

Es sei denn ich stehe jetzt auf dem Schlauch.. aber genauso wie alles andere? Ich sehe kein Grund warum Little Endian --> Big Endian Probleme mit Vorzeichen-Typen haben sollte.

[himitsu]

Wenn du im Delphi/Pascal/C++/... einen Cast machst, dann kümmert sich der Compiler darum.
Wie der Typ im Speicher liegt, kann dir hierbei vollkommen egal sein, außer du Pointerst wild rum und willst es selbst machen, dann mußt du es natürlich beachten.


Mathematisch auf Bitebene, da ist es für das Zweierkomplement recht einfach.
Ob die höheren Bits (MSB) bzw. niedrigeren Bits (LSB) oben oder unten, vorne oder hinten, links oder rechts stehen, ist mathematisch erstmal egal.

Klein auf Groß: man nehme das höchste Bit und koppiere dessen Inahalt in die/alle höheren "neuen" Bits.

Groß auf Klein: Man nehme alle hohen "alten" Bytes und schneide sie "blind" ab *hust*
oder man schaut erstmal ob die zu entfernenden Bits den gleichen Wert haben, wie das "neue" höchste Bit, und schneide dann ab ... sind die Unterschiedlich, dann gibt es einen Überlauf und man könnte einen Fehler werfen.


PS: Windows ist little-endian, also da hört ein Integer im Speicher mit dem größten Byte auf.
Links klein und Rechts groß, so dass ein harter Cast von Integer LongInt auf SmallInt einfach die zwei höheren Bytes quasi "abschneidet".

[Benmik]

@Neutral General:Tja, du hast recht. Es geht um Folgendes:

Delphi-Quellcode:

  procedure Test;
  var ArrNum:array of Byte;
  begin
    ArrNum :=  [00,00,00,08];
    i := PInteger(@ArrNum[0])^;
  end;

Da kommt 134217728 heraus. Ich muss aber auf den Wert 8 kommen.
Ich habe eine Routine zum Umdrehen der Bytes eingesetzt, die ich aus einer umständlichen Vorlage kondensiert habe:

Delphi-Quellcode:

function  SwapArray(Arr:TBytes):TBytes;
var i,n:integer;
begin
  SetLength(Result,Length(Arr));
  n := Length(Arr) - 1;
  For i := 0 to n do
    Result[n - i] := Arr[i];
end;

Außerdem hatte ich folgenden Schnipsel:

Delphi-Quellcode:

function BigEndian2LittleEndian(aInt: integer): integer;
asm
  xchg ah, al;
  rol eax, 16;
  xchg ah, al;
end;

Warum das heute funktioniert und gestern Nacht nicht, ist vermutlich deinem Einfluss und dem der Sterne zu verdanken. Daneben hatte ich noch Result:= Wert xor $80000000; , das offenbar mit Integern nicht funktioniert.

Die ASM-Funktion wird vermutlich nicht mit Int64 funktionieren? (Bei meiner langen, unnötigen Suche kam ich auf das Stichwort "rax").

@Himitsu: Ja, mit genau solchen Dingen, die ich (noch) nicht so richtig kapiert habe, habe ich mich Stunden herumgeschlagen und offenbar den einfachen Weg übersehen. Möchte hinzufügen, dass ich die Byte-Repräsentation von SmallInt etc. natürlich verstehe; aber wie z.B. die das machen, dass ein Integer genauso viele Werte aufnehmen kann wie ein Cardinal trotz des Vorzeichenbytes, das verstehe ich nicht so richtig und muss es auch nicht. Und dann habe ich noch von Feinheiten bis runter zur CPU gelesen - nee, das sollen die Profis unter sich ausmachen.

[himitsu]

Jo, standardmäßig geht es meistens so

Delphi-Quellcode:

function SwapArray(const Arr: TBytes): TBytes;  // CONST kann hier nicht schaden, weil den Input willst ja eh nicht verändern.

oder 

procedure SwapArray(var Arr: TBytes);

oder

procedure SwapArray(const InArr: TBytes; var OutArr: TBytes);  // oder OUT statt VAR

Zitat von Benmik:

Delphi-Quellcode:

  procedure Test;
  var ArrNum:array of Byte;
  begin
    ...
    i := PInteger(@ArrNum[0])^;
  end;

Sowas geht garnicht.
Wenn Pointer, dann solltest/mußt DU den Speicher reservieren und dort den Inhalt des Arrays reinkopieren.

Denn nach der Prozedur ist die Variable und damit auch das Array nicht mehr vorhanden (die letzte und einzige Referenz endet mit dieser Variable und Delphi gibt den Speicher frei)
und der Pointer zeigt ins Nirvana, egal ob man sich einen Zeiger auf die Variable oder auf die Arraydaten besorgt hatte.


Alle anderen Tricks mit Pointer und Manipulation der Referenzzählung, sollte man tunlichst vermeiden. (vor allem wenn man keine Ahnung von den Interna hat und selbst dann ist sowas selten eine gute Idee)

[Benmik]

Zitat von himitsu:

...dann solltest/mußt DU den Speicher reservieren und dort den Inhalt des Arrays reinkopieren.

Sekunde, der Speicher wurden doch mit ArrNum := [00,00,00,08]; reserviert. Und dass die Variable mit der Prozedur ins Nirwana geht, ist doch OK; die Prozedur geht ja noch ewig weiter und am Ende wird die Variable nicht mehr gebraucht.

Deine Hinweise mit var, OUT etc. sind natürlich sehr gut; ich kenne das alles, bin aber oft zu faul/träge/gedankenlos/... . Bei var vergesse ich immer, wann nötig und wann nicht: Ist TBytes nicht ein Pointer und braucht kein var ? Es gibt hier irgendwo eine Liste, die müsste ich mir mal an einen guten Ort kopieren.

EDIT: Jupp,var wäre nicht nötig, ist aber vielleicht gut zur Erinnerung. So besser?

Delphi-Quellcode:

procedure SwapArray(var Arr:TBytes);
var i,n:integer; TempArr:TBytes;
begin
  SetLength(TempArr,Length(Arr));
  Move(Arr[0],TempArr[0],Length(Arr));
  n := Length(TempArr) - 1;
  For i := 0 to n do
    Arr[n - i] := TempArr[i];
end;

[Uwe Raabe]

Nur falls das mal jemand brauchen könnte.

In System.Hash findet man auch THash.ToBigEndian für 32- und 64-Bit Variablen: System.Hash.THash.ToBigEndian

Für 16-Bit gibt es schon eine ganze Weile die procedure Swap: System.Swap

[jfheins]

Zitat von Benmik:

Über das Vertauschen von Bytes bei Little Endian <-> Big Endian findet man viel im Netz, auch hier wurde das Thema schon ausführlich diskutiert.

Wozu ich praktisch nichts gefunden habe, ist das Konvertieren bei Zahlen mit Vorzeichen, und insbesondere bei 64-Bit-Apps (da sind alle Assembler-Lösungen, die so gepostet werden, gleich vom Tisch).

Also - wie konvertiert man ShortInt, SmallInt, Integer, Int64, Single oder Double in einer 64-Bit-App?

Vielleicht hilft auch folgende Betrachtungsweise:
Endianess ist ja die Byte-Reihenfolge. D.h. gedanklich als ersten Schritt muss man die Bytes in die richtige Reihenfolge bringen.
Dann, als 2. Schritt weißt du wo das most significant bit ist und kannst (für einen Integer) das Vorzeichen ablesen.

Für die Endianess kannst du also vorzeichenbehaftete und unbehaftete Werte völlig gleich behandeln. Daher wirst du auch nur wenig Code extra für vorzeichen finden - schlicht weil das Vorzeichen (noch) keine Rolle spielt. Was wichtig ist: Wieviele bits hat der Wert.

Zitat:

aber wie z.B. die das machen, dass ein Integer genauso viele Werte aufnehmen kann wie ein Cardinal trotz des Vorzeichenbytes, das verstehe ich nicht so richtig

Große Überraschung: Es ist kein Vorzeichen-Byte und auch kein Vorzeichen-Bit
Bei einer 1-Byte Zahl hat das linke bit entweder einen Wert von 128 (ohne Vorzeichen) oder -128 (mit Vorzeichen)
Würde man sich tatsächlich nur auf das Vorzeichen beschränken, wäre ein signed byte auf +- 127 limitiert und könnte -128 nicht darstellen. Dafür hätte man eine +0 und eine -0.
Irgendwann früher mal hat wohl jemand zwei Nullen für überflüssig befunden und dem linken Bit dann diese Bedeutung zugewiesen.

[himitsu]

Jupp, mit einem Vorzeichenbit wäre es ein Wert weniger, da die 0 doppelt ist.

PS: Siehe Fließkommazahlen IEEE-754

https://de.wikipedia.org/wiki/Zweierkomplement
https://de.wikipedia.org/wiki/IEEE_754