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bit64 - 32位系统上对64位数据的基本算术运算和逻辑运算

作者：沈园园

一、概述

目前合宙主推产品的LuatOS固件都有32位和64位两类；

本核心库bit64描述的是：32位系统固件上对64位数据的基本算术运算和逻辑运算；

如果你的项目一定要使用32位内核固件，并且用到了64位数据操作，可以阅读参考本核心库描述的内容；

如果你的项目使用64位内核固件，则可以按照正常的思路，对64位数据运算即可，不用阅读参考本核心库描述的内容；

32位内核固件和64位内核固件的唯一区别是是否支持64位数据的直接运算，其余功能完全相同，根据自己的项目需求来决定选择何种内核固件；

32 位数据：可以表示的数值范围较小（4 字节），对于整数数据类型，范围是 (-2^{31}) 到 (2^{31}-1)（有符号整数）或 (0) 到 (2^{32}-1)也就是（无符号整数）。

64 位数据：有更大的表示范围（8 字节），整数类型可以表示 (-2^{63}) 到 (2^{63}-1)（有符号整数）或 (0) 到 (2^{64}-1)（无符号整数）。

总结对比

数据类型 最小值 最大值
32 位无符号整数 0 4294967295
32 位有符号整数 -2147483648 2147483647
64 位无符号整数 0 18446744073709551615
64 位有符号整数 -9223372036854775808 9223372036854775807

处理更大的数据位宽通常会增加功耗，因为需要更大的数据总线和更复杂的运算电路。对于一些低功耗的嵌入式系统，选择 32 位数据会有助于降低功耗。

9字节数据：本文的64bit数据为：小端格式的9字节数据的字符串，最后一个字节是类型（0是整数，1是浮点）, 前面8个字节是数据。

下面来说明将十进制数字 123456 用 64 位小端字节序 数据怎么表示？

要将十进制数字 123456 表示为 64 位小端字节序 数据，需遵循小端序 “低位字节在前，高位字节在后” 的存储规则。以下是具体步骤和结果：

核心原理

  • 64 位带符号整数：123456 是正数，补码形式为符号位（0）+ 63 位数值位（高位补 0）
  • 小端字节序：数值的低位字节存储在内存低地址，高位字节存储在高地址（与人类读写习惯相反）

转换步骤

  1. 十进制转十六进制：123456 对应的十六进制为 0x000000000001E240（共 16 位，8 字节）。按字节拆分（每 2 位十六进制为 1 字节）：00 00 00 00 00 01 E2 40（从高位到低位排列）
  2. 按小端序反转字节顺序：小端序要求 “低位字节在前”，因此反转上述字节顺序：40 E2 01 00 00 00 00 00

最终表示形式

表示方式 结果（字符串形式）
十六进制字符串 "40E2010000000000"
二进制表示（64 位） 01000000 11100010 00000001 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
字节序列（8 字节） 0x40, 0xE2, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00

示例

local data = 123456
local b64 = bit64.to64(data) --32bit的number类型的数据转成64bit的string类型的数据
log.info("hex",b64:toHex()) --打印出数据为40E201000000000000

二、核心示例

1、核心示例是指：使用本库文件提供的核心API，开发的基础业务逻辑的演示代码；

2、核心示例的作用是：帮助开发者快速理解如何使用本库，所以核心示例的逻辑都比较简单；

3、更加完整和详细的demo，请参考 LuatOS仓库 中各个产品目录下的demo/bit64

local data,b64,b32,a,b

if bit64 then
    log.style(1)
    log.info("bit64 演示")
    data = 12345678
    b64 = bit64.to64(data)
    b32 = bit64.to32(b64)
    log.info("i32", b32, mcu.x32(b32))
    data = -12345678
    b64 = bit64.to64(data)
    b32 = bit64.to32(b64)
    log.info("i32", b32, mcu.x32(b32))
    data = 12.34234
    b64 = bit64.to64(data)
    b32 = bit64.to32(b64)
    log.info("f32", data, b32)
    data = -12.34234
    b64 = bit64.to64(data)
    b32 = bit64.to32(b64)
    log.info("f32", data, b32)


    a = bit64.to64(87654321)
    b = bit64.to64(12345678)
    log.info("87654321+12345678=", bit64.show(bit64.plus(a,b)))
    log.info("87654321-12345678=", bit64.show(bit64.minus(a,b)))
    log.info("87654321*12345678=", bit64.show(bit64.multi(a,b)))
    log.info("87654321/12345678=", bit64.show(bit64.pide(a,b)))

    a = bit64.to64(87654321)
    b = 1234567
    log.info("87654321+1234567=", bit64.show(bit64.plus(a,b)))
    log.info("87654321-1234567=", bit64.show(bit64.minus(a,b)))
    log.info("87654321*1234567=", bit64.show(bit64.multi(a,b)))
    log.info("87654321/1234567=", bit64.show(bit64.pide(a,b)))


    a = bit64.to64(87654.326)
    b = bit64.to64(12345)
    log.info("87654.326+12345=", 87654.326 + 12345)
    log.info("87654.326+12345=", bit64.show(bit64.plus(a,b)))
    log.info("87654.326-12345=", bit64.show(bit64.minus(a,b)))
    log.info("87654.326*12345=", bit64.show(bit64.multi(a,b)))
    log.info("87654.326/12345=", bit64.show(bit64.pide(a,b)))

    a = bit64.to64(87654.32)
    b = bit64.to64(12345.67)
    log.info("float", "87654.32+12345.67=", 87654.32 + 12345.67)
    log.info("double","87654.32+12345.67=", bit64.show(bit64.plus(a,b)))
    log.info("double to float","87654.32+12345.67=", bit64.to32(bit64.plus(a,b)))
    log.info("87654.32-12345.67=", bit64.show(bit64.minus(a,b)))
    log.info("87654.32*12345.67=", bit64.show(bit64.multi(a,b)))
    log.info("87654.32/12345.67=", bit64.show(bit64.pide(a,b)))
    log.info("double to int64", "87654.32/12345.67=", bit64.show(bit64.pide(a,b,nil,true)))

    a = bit64.to64(0xc0000000)
    b = 2
    a = bit64.shift(a,8,true)
    log.info("0xc0000000 << 8 =", bit64.show(a, 16))
    log.info("0xc000000000+2=", bit64.show(bit64.plus(a,b), 16))
    log.info("0xc000000000-2=", bit64.show(bit64.minus(a,b), 16))
    log.info("0xc000000000*2=", bit64.show(bit64.multi(a,b), 16))
    log.info("0xc000000000/2=", bit64.show(bit64.pide(a,b), 16))
    log.style(0)

    if bit64.strtoll then
        local data = bit64.strtoll("864040064024194", 10)
        log.info("data", data:toHex())
        log.info("data", bit64.show(data))
    end
end

local function sys_run_time()
    local tick64, per = mcu.tick64(true)
    local per_cnt = per * 1000000
    while true do
        tick64, per = mcu.tick64(true)
        log.info("work time","当前时间", bit64.to32(bit64.pide(tick64,per_cnt)))
        sys.wait(1000)
    end
end

if mcu.tick64 then
    sys.taskInit(sys_run_time)
end

-- 用户代码已结束---------------------------------------------
-- 结尾总是这一句
sys.run()
-- sys.run()之后后面不要加任何语句!!!!!

三、常量详解

核心库常量，顾名思义是由合宙 LuatOS 内核固件中定义的、不可重新赋值或修改的固定值，在脚本代码中不需要声明，可直接调用；

每个常量对应的常量取值仅做日志打印时查询使用，不要将这个常量取值用做具体的业务逻辑判断，因为LuatOS内核固件可能会变更每个常量对应的常量取值；

如果用做具体的业务逻辑判断，一旦常量取值发生改变，业务逻辑就会出错；

bit64核心库没有常量。

四、函数详解

4.1 bit64.to32(data64bit)

功能

64bit的string类型的数据转成32bit的number类型的数据

参数

data64bit

参数含义：传入64bit数据
数据类型：string；
取值范围：9字节数据；
是否必选：必须传入此参数；
注意事项：暂无；
参数示例：{
            local data = "40E201000000000000"--对应HEX字符
            bit64.to32(data:fromHex())--需将HEX字符串转成Lua字符串填入
          }

返回值

local b32 = bit64.to32(data64bit)

b32

含义说明：32bit数据
数据类型：number；
取值范围：无特别限制；
注意事项：如果data64bit所表示的数超过了32 bit number所能表示的最大值，返回值不正确；
返回示例：12345678；

示例

local date = "40E201000000000000"
local b32 = bit64.to32(date:fromHex())
log.info("i32", b32) --123456

4.2 bit64.to64(data32bit)

功能

32bit的number类型的数据转成64bit的string类型的数据

参数

data32bit

参数含义：32bit数据
数据类型：number；
取值范围：无特别限制；
是否必选：必须传入此参数；
注意事项：暂无；
参数示例：123456；

返回值

local b64 = bit64.to64(data32bit)

b64 

含义说明：64bit数据
数据类型：string；
取值范围：9字节数据；
注意事项：暂无；
返回示例：例如123456转为bit64后，返回值为9个字节的string类型，第1个字节的ascii值为0x40，后续8个字节的ascii值依次为：0xE2，0x01，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00；

示例

local data = 123456
local b64 = bit64.to64(data )
log.info("b64", b64:toHex()) --40E201000000000000 18

4.3 bit64.show(a,type,flag)

功能

64bit数据格式化打印成字符串，用于显示值

参数

a

参数含义：需要打印的64bit数据
数据类型：string；
取值范围：9字节数据；
是否必选：必须传入此参数；
注意事项：暂无；
参数示例：bit64.to64(12345678)；

type

参数含义：进制，10=10进制，16=16进制，默认10，只支持10或者16
数据类型：number；
取值范围：10,16；
是否必选：必须传入此参数；
注意事项：暂无；
参数示例：10；

flag

参数含义：整形是否按照无符号方式打印，true是，false不是，默认false，浮点忽略
数据类型：boolean；
取值范围：true/false；
是否必选：必须传入此参数；
注意事项：暂无；
参数示例：false；

返回值

local showdate = bit64.show(a,type,flag)

showdate 

含义说明：可以打印的值
数据类型：string；
取值范围：无特别限制；
注意事项：暂无；
返回示例：12345678；

示例

local data = 12345678
local b64 = bit64.to64(data)
local showdate  = bit64.show(b64)
log.info("showdate", showdate)--12345678

4.4 bit64.plus(a,b,flag1,flag2)

功能

64bit数据加,a+b,a和b中有一个为浮点，则按照浮点运算

参数

a

参数含义：加数
数据类型：string；
取值范围：9字节数据；
是否必选：必须传入此参数；
注意事项：暂无；
参数示例：bit64.to64(87654321)；

参数

b

参数含义：加数
数据类型：string/number；
取值范围：无特别限制；
是否必选：必须传入此参数；
注意事项：暂无；
参数示例：bit64.to64(12345678)/1234567；

参数

flag1

参数含义：整形运算时是否按照无符号方式，true是，false不是，默认false，浮点运算忽略
数据类型：boolean；
取值范围：true/false；
是否必选：可选传入此参数，不填时，默认false，浮点运算忽略；
注意事项：暂无；
参数示例：false；

参数

flag2

参数含义：浮点运算结果是否要强制转成整数，true是，false不是，默认false，整形运算忽略
数据类型：boolean；
取值范围：true/false；
是否必选：可选传入此参数，不填时，默认false，整形运算忽略
数据类型：boolean；；
注意事项：暂无；
参数示例：true；

返回值

local c = bit64.plus(a,b,flag1,flag2)

c

含义说明：2数相加和
数据类型：string；
取值范围：9字节数据；
注意事项：暂无；
返回示例：通过bit64.show(c)格式化打印成字符串，用于显示值；

示例

local a = bit64.to64(87654321)
local b = 1234567
local c = bit64.plus(a,b)
log.info("c", bit64.show(c))--88888888

4.5 bit64.minus(a,b,flag1,flag2)

功能

64bit数据减,a-b,a和b中有一个为浮点，则按照浮点运算

参数

a

参数含义：被减数
数据类型：string；
取值范围：9字节数据；
是否必选：必须传入此参数；
注意事项：暂无；
参数示例：bit64.to64(87654321)；

b

参数含义：减数
数据类型：string/number；
取值范围：无特别限制；
是否必选：必须传入此参数；
注意事项：暂无；
参数示例：bit64.to64(12345678)/1234567；

flag1

参数含义：整形运算时是否按照无符号方式，true是，false不是，默认false，浮点运算忽略
数据类型：boolean；
取值范围：true/false；
是否必选：可选传入此参数，不填时，默认false，浮点运算忽略；
注意事项：暂无；
参数示例：false；

flag2

参数含义：浮点运算结果是否要强制转成整数，true是，false不是，默认false，整形运算忽略
数据类型：boolean；
取值范围：true/false；
是否必选：可选传入此参数，不填时，默认false，整形运算忽略
数据类型：boolean；；
注意事项：暂无；
参数示例：false；

返回值

local c = bit64.minus(a,b,flag1,flag2)

c

含义说明：2数相加差
数据类型：string；
取值范围：9字节数据；
注意事项：暂无；
返回示例：通过bit64.show(c)格式化打印成字符串，用于显示值；

示例

local a = bit64.to64(87654321)
local b = 1234567
local c = bit64.minus(a,b)
log.info("c", bit64.show(c))--86419754

4.6 bit64.multi(a,b,flag1,flag2)

功能

64bit数据乘,a*b,a和b中有一个为浮点，则按照浮点运算

a

参数含义：乘数
数据类型：string；
取值范围：9字节数据；
是否必选：必须传入此参数；
注意事项：暂无；
参数示例：bit64.to64(87654.326)；

b

参数含义：乘数
数据类型：string/number；
取值范围：无特别限制；
是否必选：必须传入此参数；
注意事项：暂无；
参数示例：12345678；

flag1

参数含义：整形运算时是否按照无符号方式，true是，false不是，默认false，浮点运算忽略
数据类型：boolean；
取值范围：true/false；
是否必选：可选传入此参数，不填时，默认false，浮点运算忽略；；
注意事项：暂无；
参数示例：false；

flag2

参数含义：浮点运算结果是否要强制转成整数，true是，false不是，默认false，整形运算忽略
数据类型：boolean；
取值范围：true/false；
是否必选：可选传入此参数，不填时，默认false，整形运算忽略；
注意事项：暂无；
参数示例：false；

返回值

local c = bit64.multi(a,b,flag1,flag2)

c

含义说明：2数积
数据类型：string；
取值范围：9字节数据；
注意事项：暂无；
返回示例：通过bit64.show(c)格式化打印成字符串，用于显示值；

示例

local a = bit64.to64(87654321)
local b = 1234567
local c = bit64.multi(a,b)
log.info("c", bit64.show(c))--108215132114007

4.7 bit64.pide(a,b,flag1,flag2)

功能

64bit数据除,a/b,a和b中有一个为浮点，则按照浮点运算

a

参数含义：被除数
数据类型：string；
取值范围：9字节数据；
是否必选：必须传入此参数；
注意事项：暂无；
参数示例：bit64.to64(87654321)；

b

参数含义：除数
数据类型：string/number；
取值范围：无特别限制；
是否必选：必须传入此参数；
注意事项：暂无；
参数示例：bit64.to64(12345678)/1234567；

flag1

参数含义：整形运算时是否按照无符号方式，true是，false不是，默认false，浮点运算忽略
数据类型：boolean；
取值范围：true/false；
是否必选：可选传入此参数，不填时，默认false，浮点运算忽略；
注意事项：暂无；
参数示例：false；

flag2

参数含义：浮点运算结果是否要强制转成整数，true是，false不是，默认false，整形运算忽略
数据类型：boolean；
取值范围：true/false；
是否必选：可选传入此参数，不填时，默认false，整形运算忽略；
注意事项：暂无；
参数示例：false；

返回值

local c = bit64.pide(a,b,flag1,flag2)

c

含义说明：2数相除结果
数据类型：string；
取值范围：9字节数据；
注意事项：暂无；
返回示例：通过bit64.show(c)格式化打印成字符串，用于显示值；

示例

local a = bit64.to64(87654321)
local b = 1234567
local c = bit64.pide(a,b)
log.info("c", bit64.show(c))--71

4.8 bit64.shift(a,b,flag)

功能

64bit数据位移 a>>b 或者 a<<b

a

参数含义：需要位移64bit数据
数据类型：string；
取值范围：9字节数据；
是否必选：必须传入此参数；
注意事项：暂无；
参数示例：bit64.to64(0xc0000000)；

b

参数含义：移动位数
数据类型：number
取值范围：1-8；
是否必选：必须传入此参数；
注意事项：暂无；
参数示例：2；

flag

参数含义：位移方向，true左移<<，false右移>>，默认false
数据类型：boolean；
取值范围：true/false；
是否必选：可选传入此参数，不填时，默认false；
注意事项：暂无；
参数示例：false；

返回值

local c = bit64.shift(a,b,flag)

c

含义说明：移后数据
数据类型：string；
取值范围：9字节数据；
注意事项：暂无；
返回示例：通过bit64.show(a, 16)格式化打印成字符串，用于显示值；

示例

local a = bit64.to64(0xc0000000)
local c = bit64.shift(a,8,true)
log.info("c", bit64.show(c, 16))--0xc000000000

4.9 bit64.strtoll(data, base)

功能

将字符串转为LongLong数据

参数

data

参数含义：待转换的数据
数据类型：string；
取值范围：>1；
是否必选：必须传入此参数；
注意事项：暂无；
参数示例：bit64.strtoll("864040064024194", 10)；

base

参数含义：转换进制, 默认10, 可选16或8
数据类型：number；
取值范围：10,16,8；
是否必选：可选传入此参数，不填时，默认10；
注意事项：暂无；
参数示例：10；

返回值

local data = bit64.strtoll(data, base)

data

含义说明：转化后的数据
数据类型：string；
取值范围：9字节数据；
注意事项：暂无；
返回示例：通过bit64.show(data)格式化打印成字符串，用于显示值；

示例

-- 本API于 2023.10.27 添加
-- 提醒, 如果转换失败, 是返回9个字节的0x00
local data = bit64.strtoll("864040064024194", 10)
log.info("data", data:toHex())--827E1601D711030000 18
log.info("data", bit64.show(data))--864040064024194

五、产品支持说明

支持LuatOS开发的所有产品都支持bit64核心库。