将2个字节转换为带符号的16位整数的正确方法是什么？

在这个答案中，zwol宣称：

从外部源将两个字节的数据转换为16位带符号整数的正确方法是使用如下辅助函数：

#include <stdint.h>

int16_t be16_to_cpu_signed(const uint8_t data[static 2]) {
    uint32_t val = (((uint32_t)data[0]) << 8) | 
                   (((uint32_t)data[1]) << 0);
    return ((int32_t) val) - 0x10000u;
}

int16_t le16_to_cpu_signed(const uint8_t data[static 2]) {
    uint32_t val = (((uint32_t)data[0]) << 0) | 
                   (((uint32_t)data[1]) << 8);
    return ((int32_t) val) - 0x10000u;
}

上面的哪个函数合适，取决于数组包含小端还是大端表示。字节序不是这里要讨论的问题，我想知道为什么zwol0x10000u从uint32_t转换为的值中减去int32_t。

为什么这是正确的方法？

转换为返回类型时，如何避免实现定义的行为？

由于可以假设2的补码表示形式，因此这种更简单的转换将失败： return (uint16_t)val;

这个天真的解决方案有什么问题：

int16_t le16_to_cpu_signed(const uint8_t data[static 2]) {
    return (uint16_t)data[0] | ((uint16_t)data[1] << 8);
}

如果int为16位，那么如果return语句中的表达式值超出的范围，则您的版本将依赖于实现定义的行为int16_t。

但是，第一个版本也有类似的问题。例如，如果int32_t是的typedef int且输入字节均为0xFF，则return语句中的减法结果为UINT_MAX转换为时会导致实现定义的行为int16_t。

恕我直言，您链接到的答案有几个主要问题。

这在理论上应该是正确的，并且也可以在使用符号位或1的补码表示而不是通常的2的补码的平台上工作。假定输入字节为2的补码。

int le16_to_cpu_signed(const uint8_t data[static 2]) {
    unsigned value = data[0] | ((unsigned)data[1] << 8);
    if (value & 0x8000)
        return -(int)(~value) - 1;
    else
        return value;
}

由于有分支机构，因此它将比其他选择更为昂贵。

这是为了避免对int表示与unsigned平台上的表示之间的关系做出任何假设。int需要强制转换为保留适合目标类型的任何数字的算术值。由于反转确保16位数字的最高位将为零，因此该值将适合。然后1的一元-和减法对2的补码求反应用通常的规则。根据平台的不同，INT16_MIN如果它不适合int目标上的类型，仍可能会溢出，在这种情况下long应使用。

问题中与原始版本的区别在于返回时间。虽然原始总是会被减去，0x10000而2的补码会让带符号的溢出将其包装到int16_t范围内，但是此版本具有显式的if避免带符号的包装（这是未定义的）。

现在，实际上，当今使用的几乎所有平台都使用2的补码表示形式。实际上，如果平台具有stdint.h定义的标准兼容int32_t，则它必须使用2的补码。有些脚本语言根本没有整数数据类型，这种方法有时很方便-您可以修改上面显示的针对float的操作，它将给出正确的结果。

另一种方法-使用union：

union B2I16
{
   int16_t i;
   byte    b[2];
};

在程序中：

...
B2I16 conv;

conv.b[0] = first_byte;
conv.b[1] = second_byte;
int16_t result = conv.i;

first_byte并second_byte可以根据大端或小端模式进行交换。此方法不是更好，但是是替代方法之一。

算术运算符shift和按位或表达式(uint16_t)data[0] | ((uint16_t)data[1] << 8)不适用于小于的类型int，因此这些uint16_t值被提升为int（或unsignedif sizeof(uint16_t) == sizeof(int)）。尽管如此，这应该会产生正确的答案，因为只有较低的2个字节包含该值。

从大尾数到小尾数的转换（假设小尾数CPU）的另一种在医学上正确的版本是：

#include <string.h>
#include <stdint.h>

int16_t be16_to_cpu_signed(const uint8_t data[2]) {
    int16_t r;
    memcpy(&r, data, sizeof r);
    return __builtin_bswap16(r);
}

memcpy用于复制的表示，int16_t这是符合标准的方式。该版本还编译为1条指令movbe，请参见汇编。

这是另一个仅依赖于可移植行为和定义良好的行为的版本（标头#include <endian.h>不是标准的，代码是）：

#include <endian.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>

static inline void swap(uint8_t* a, uint8_t* b) {
    uint8_t t = *a;
    *a = *b;
    *b = t;
}
static inline void reverse(uint8_t* data, int data_len) {
    for(int i = 0, j = data_len / 2; i < j; ++i)
        swap(data + i, data + data_len - 1 - i);
}

int16_t be16_to_cpu_signed(const uint8_t data[2]) {
    int16_t r;
#if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
    uint8_t data2[sizeof r];
    memcpy(data2, data, sizeof data2);
    reverse(data2, sizeof data2);
    memcpy(&r, data2, sizeof r);
#else
    memcpy(&r, data, sizeof r);
#endif
    return r;
}

little-endian版本用编译为单movbe条指令clang，gcc版本次优，请参见汇编。

我要感谢所有贡献者的回答。这是集体工作归结为：

1. 根据C标准7.20.1.1精确宽度整数类型：types uint8_t，int16_t并且uint16_t必须使用二进制补码表示形式，而没有任何填充位，因此表示形式的实际位明确地是数组中2个字节的那些，按指定的顺序函数名称。
2. 使用(unsigned)data[0] | ((unsigned)data[1] << 8)（对于Little Endian版本）计算无符号的16位值将编译为一条指令，并产生无符号的16位值。
3. 根据C标准6.3.1.3有符号和无符号整数：如果uint16_t类型int16_t的值不在目标类型的范围内，则将类型的值转换为有符号的类型具有实现定义的行为。对于其表示形式已精确定义的类型，没有特殊规定。
4. 为避免此实现定义的行为，可以测试无符号值是否大于，INT_MAX并通过减去来计算相应的有符号值0x10000。按照zwol的建议对所有值执行此操作可能会产生int16_t具有相同实现定义的行为的范围之外的值。
5. 测试该0x8000位会明显导致编译器生成效率低下的代码。
6. 在没有实现定义行为的情况下进行更有效的转换时，将通过联合使用类型修剪，但是有关此方法的定义性的争论仍然是开放的，即使是在C标准的委员会级别上也是如此。
7. 可以轻便地执行类型修剪，并使用定义行为memcpy。

结合点2和点7，这是一个可移植且完全定义的解决方案，可以使用gcc和clang高效地编译为一条指令：

#include <stdint.h>
#include <string.h>

int16_t be16_to_cpu_signed(const uint8_t data[2]) {
    int16_t r;
    uint16_t u = (unsigned)data[1] | ((unsigned)data[0] << 8);
    memcpy(&r, &u, sizeof r);
    return r;
}

int16_t le16_to_cpu_signed(const uint8_t data[2]) {
    int16_t r;
    uint16_t u = (unsigned)data[0] | ((unsigned)data[1] << 8);
    memcpy(&r, &u, sizeof r);
    return r;
}

64位汇编：

be16_to_cpu_signed(unsigned char const*):
        movbe   ax, WORD PTR [rdi]
        ret
le16_to_cpu_signed(unsigned char const*):
        movzx   eax, WORD PTR [rdi]
        ret