C：从原始内存字节中添加两个32位无符号整数

tnkciper 于 2023-08-03 发布在其他

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在C中，我有三个内存区域，它们有几百个字节长。我想取两个内存区域的第i对32位，将它们作为两个无符号32位整数相加，并将结果存储在第三个内存区域的相应64位中（因为两个32位加法器可以产生33位结果），而不是在加法发生之前将它们存储在实际的uint32t中，而是：直接从内存中阅读它们，告诉编译器将它们视为uint32t' s，并告诉编译器将它们相加并将结果存储在第三个内存区域的前64位。
n1->bits、n2->bits和R->bits分别是指向我的三个内存区域的指针。最初它们的类型是uint8_t*
我已经确定这三个内存区域的大小可以被32整除。
注意：carry是一个实际的uint32_t类型的变量，在回答时不需要注意。
问题：由于某种原因，编译器确实将它们作为两个无符号的32位整数读取，但是拒绝将它们的结果存储在Result内存区域的前64位，而是溢出。我是这样做的：

*((uint64_t*)( ((uint32_t*)(R->bits)) + i)) = 
            *( ((uint32_t*)(n1->bits)) + i)
            +
            *( ((uint32_t*)(n2->bits)) + i)
            +
            carry;
            ;

字符串
以下是我目前对这段代码应该如何工作的理解。请纠正我的错误：
1.使用R->bits获取内存区域的第一个地址
2.将此指针转换为(uint32t*)，以便当我们执行指针算术+i时，编译器以32位为单位递增（因此，使我们获得第i个无符号32位整数）。如果没有这种转换，指针算术+i将被编译器转换为+ (i * 8) bits而不是+ (i * 32) bits，因为R->bits最初是uint8_t*。
*
3.* 现在我们已经告诉编译器将R->位视为指向uint32t的指针，执行实际的指针算术+i，以获得大内存区域中的第i个32位整数。
4a.在两个ADD操作数的情况下，通过强制转换和指针运算对指针进行解引用，以读取假定的无符号32位整数的实际值。

（这一步4 b是我认为我的理解是错误的地方）*

4 b.在Result缓冲区的情况下，还不要解引用。首先，将指向第i个32位区域的指针转换为uint64_t*，然后解引用它并将其用作内置加法的结果，以便告诉编译器将此内置加法的结果存储在第i个32位区域的前64位，因为同样，两个32位操作数的ADD可以产生33位结果。
但是，它没有这样做。
我试着用两个操作数内存区域填充数百个1，它所做的是，它把前32个1加在一起，这应该产生：

**00000001 * 11111111 111111111 111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111

由于我的机器是little-endian，因此结果的内存布局应该是：

11111110 11111111 1111111 11111111 000000001
除非，当我查看结果缓冲区的内存时，它在第5个字节中缺少额外的第33个1。第五个字节全是零。这意味着当我告诉它通过转换到uint64_t*将结果缓冲区中的内存位置视为64位区域时，它拒绝听我的话。

有人能解释一下为什么吗？考虑到我的代码和我目前对它应该如何工作的理解？

来源：https://stackoverflow.com/questions/76773057/c-adding-two-32-bit-unsigned-integers-from-raw-memory-bytes

3条答案

按热度按时间

h6my8fg21#

您的主要问题与指针算术无关（尽管可能涉及未定义的行为），而是与使用的类型有关。
你上面的内容相当于：

uint64_t result;
uint32_t n1, n2, carry;
// set n1, n2, and carry to some values
result = n1 + n2 + carry;

字符串
将两个uint32_t类型的值相加，结果为uint32_t类型。因此，如果结果溢出，它将简单地环绕，即。它将“修剪”除低32位以外的所有位。
您需要将其中一个参数强制转换为类型uint64_t，以便使用该类型完成加法，即：

result = (uint64_t)n1 + n2 + carry;

型
回到你的代码：

*((uint64_t*)( ((uint32_t*)(R->bits)) + i)) = 
            (uint64_t)*( ((uint32_t*)(n1->bits)) + i)
            +
            *( ((uint32_t*)(n2->bits)) + i)
            +
            carry;
            ;

型
此外，如果所讨论的数组的类型为uint8_t，并且存储在R->bits中的64位值可能彼此重叠，则存在严格的别名冲突。
你想要的完全兼容的版本看起来像这样：

uint64_t result;
uint32_t v1, v2;

memcpy(&v1, n1->bits + sizeof(v1) * i, sizeof(v1));
memcpy(&v2, n2->bits + sizeof(v2) * i, sizeof(v2));

result = (uint64_t)v1 + v2 + carry;

memcpy(R->bits + sizeof(result) * i, &result, sizeof(result));

型

赞(0）回复(0）举报 2023-08-03

scyqe7ek2#

您的代码调用未定义的行为。指针双关违反了严格的别名规则。您需要使用memcpy或char访问。

void add3264(void *src1, void *src2, void *dest)
{
    uint32_t a,b;
    uint64_t result;

    memcpy(&a, src1, sizeof(a));
    memcpy(&b, src1, sizeof(b));
    result = (uint64_t)a + b;
    memcpy(dest, &result, sizeof(result));
}

字符串
或者是

uint32_t get32(void *ptr)
{
    unsigned char *ucptr = ptr;
    return ucptr[0] + (uint32_t)ucptr[1] << 8 + (uint32_t)ucptr[2] << 16 + (uint32_t)ucptr[3] << 24;
}

void write64(void *ptr, uint64_t val)
{
    unsigned char *uc = ptr;
    for(int index = 0; index < sizeof(val); index++)
    {
        *uc++ = val;
        val >>= 8;
    }
}

void add3264_1(void *src1, void *src2, void *dest)
{
    uint32_t a,b;
    uint64_t result;

    a = get32(src1);
    b = get32(src2);;
    result = (uint64_t)a + b;
    write64(dest, result);
}

型

赞(0）回复(0）举报 2023-08-03

zlhcx6iw3#

我发现错误在哪里：在解引用两个ADD操作数的两个内存位置以获得实际的无符号整数值之后，另外将它们转换为（uint64_t）。同时将carry的类型也更改为uint64_t。现在，整个加法只使用uint64_t完成，并按预期工作。

赞(0）回复(0）举报 2023-08-03