在 big.Int 和 int64 之间进行互相转换及二进制补码表示

有志者，事竟成！如果你在学习Golang，那么本文《在 big.Int 和 int64 之间进行互相转换及二进制补码表示》，就很适合你！文章讲解的知识点主要包括，若是你对本文感兴趣，或者是想搞懂其中某个知识点，就请你继续往下看吧~

我正在尝试将表示 128 位整数的 go big.int 转换为 [2]int64。这个想法是为了能够匹配 rust 的 i128::to_le_bytes()，它将 128 位有符号整数编码为小端字节顺序。该示例与 rust 的 i128::to_le_bytes() 匹配。每当我尝试将其转换回 big.int 时，我都不会得到相同的值。进行初始右移时是否丢失了任何位？谢谢。

package main
 
import (
    "encoding/binary"
    "fmt"
    "math/big"
)
 
func main() {
    initial := new(big.Int)
    initial.SetString("-42", 10)
 
    value, _ := new(big.Int).SetString("-42", 10)
 
    var result [2]int64
 
    result[0] = value.Int64()
    result[1] = value.Rsh(value, 64).Int64()
 
    leRepresentation := make([]byte, 16)
 
    binary.LittleEndian.PutUint64(leRepresentation[:8], uint64(result[0]))
    binary.LittleEndian.PutUint64(leRepresentation[8:], uint64(result[1]))
 
    fmt.Println(leRepresentation)
 
    fmt.Println(result)
 
    reverse := big.NewInt(result[1])
    reverse.Lsh(reverse, 64)
    reverse.Add(reverse, big.NewInt(result[0]))
 
    fmt.Println(reverse.String())
 
    fmt.Println(initial.String() == reverse.String())
}

正确答案

这里有很多问题：

value 无法用 int64 表示，因此 value.int64() 的结果未定义。

您的较低位没有考虑 int64 的签名结果，因此您可能会在结果中添加负数。您需要使用 uint64 （或者至少在将其添加到 big.int 之前对其进行转换）。

您正在 rsh 方法中改变 value，因此即使正确重新创建了该值，最后的比较也会失败。如果要比较的话，新建一个 big.int 来存储原始值。

如果您想要 big.int 的原始数据表示形式恰好为 128 位，您可以使用 fillbytes 方法。我们可以采用大端数据并构建 2 个 64 位值，如下所示：

b := make([]byte, 16)
value.fillbytes(b)  

var result [2]uint64
result[0] = binary.bigendian.uint64(b[:8])
result[1] = binary.bigendian.uint64(b[8:])

既然字节顺序已经固定，请将符号位添加到结果中。然而，为了使其像 int128 一样工作，我们需要使用二进制补码来设置符号

const sign = uint64(1 << 63)
if value.sign() < 0 {
    // convert the unsigned value to two's compliment
    result[0] = ^result[0]
    result[1] = ^result[1]

    result[1]++
    // check for carry
    if result[1] == 0 {
        result[0]++
    }
}

要创建一个新的 big.int，请颠倒整个过程：

neg := uint128[0]&sign != 0
if neg {
    // reverse the two's compliment
    if uint128[1] == 0 {
        uint128[0]--
    }
    uint128[1]--

    uint128[0] = ^uint128[0]
    uint128[1] = ^uint128[1]
}

b := make([]byte, 16)
binary.BigEndian.PutUint64(b[:8], uint128[0])
binary.BigEndian.PutUint64(b[8:], uint128[1])

result := new(big.Int).SetBytes(b)
if neg {
    result.Neg(result)
}

测试多个键值的示例：https://go.dev/play/ p/e1e-5cilflr

由于输出被写入为无符号值，因此如果可以以值 > maxint128 开头，您还应该添加一个检查以确保不会溢出有符号值。将它们存储为 [2]int64 会更加混乱，因为我们需要 uint64 值进行按位运算，并且我们需要确保 int64 值不会通过它们自己的补码进行滚动。在这种情况下，围绕给定函数将 [2]int64 与 [2]uint64 相互转换会更容易。

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