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C语言：将四个八位无符号数据拼接成32位的float数据

article 2025/2/9 2:40:54

方法一：使用 union

解释

方法二：使用 memcpy

解释

方法三：直接指针类型转换（不推荐）

综合推荐

使用 union 方法

注意事项

验证代码

在 STM32H7 这样的嵌入式系统中，将四个 8 位无符号数据（uint8_t）拼接成一个 32 位的 float 数据，通常需要考虑字节顺序（小端或大端）。STM32 默认使用小端（Little Endian）存储方式，即最低有效字节（LSB）存储在低地址，高位在高地址。

以下是几种实现方法，确保在拼接时正确处理字节顺序：

方法一：使用 `union`

union 允许不同类型的数据共享同一块内存区域。通过 union，可以将四个字节赋值给 uint8_t 数组，然后直接读取为 float 类型。

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

// 定义一个联合体，包含一个 float 和一个 4 字节的数组
typedef union {
    float f;
    uint8_t bytes[4];
} FloatUnion;

// 函数：将四个字节拼接成 float
float bytesToFloat(uint8_t b0, uint8_t b1, uint8_t b2, uint8_t b3) {
    FloatUnion fu;
    fu.bytes[0] = b0; // 低字节
    fu.bytes[1] = b1;
    fu.bytes[2] = b2;
    fu.bytes[3] = b3; // 高字节
    return fu.f;
}

int main(void) {
    uint8_t byte0 = 0x00;
    uint8_t byte1 = 0x00;
    uint8_t byte2 = 0x80;
    uint8_t byte3 = 0x3F; // 代表 float 1.0 的 IEEE 754 编码

    float result = bytesToFloat(byte0, byte1, byte2, byte3);
    printf("Float value: %f\n", result); // 输出应为 1.000000

    return 0;
}

输出：

Float value: 1.000000

解释

联合体 FloatUnion：包含一个 float 和一个 uint8_t 数组，二者共享同一内存。
函数 bytesToFloat：将四个字节依次赋值给 bytes 数组，然后通过 fu.f 获取对应的 float 值。
字节顺序：假设输入字节按小端顺序（即最低有效字节在前），上述代码会正确地将其转换为 float。

方法二：使用 `memcpy`

memcpy 可以安全地将字节数据复制到 float 类型的变量中，避免了潜在的严格别名规则（Strict Aliasing Rule）问题。

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

// 函数：将四个字节拼接成 float
float bytesToFloat(uint8_t b0, uint8_t b1, uint8_t b2, uint8_t b3) {
    uint32_t temp = ((uint32_t)b3 << 24) | ((uint32_t)b2 << 16) | ((uint32_t)b1 << 8) | b0;
    float f;
    memcpy(&f, &temp, sizeof(f));
    return f;
}

int main(void) {
    uint8_t byte0 = 0x00;
    uint8_t byte1 = 0x00;
    uint8_t byte2 = 0x80;
    uint8_t byte3 = 0x3F; // 代表 float 1.0 的 IEEE 754 编码

    float result = bytesToFloat(byte0, byte1, byte2, byte3);
    printf("Float value: %f\n", result); // 输出应为 1.000000

    return 0;
}

输出：

Float value: 1.000000

解释

拼接字节：将四个字节按小端顺序拼接成一个 32 位无符号整数 temp。
memcpy：将 temp 的内容复制到 float 变量 f 中。
优点：避免了通过指针类型转换可能引发的未定义行为。

方法三：直接指针类型转换（不推荐）

虽然可以通过指针类型转换实现，但这种方法可能违反 C 语言的严格别名规则，导致未定义行为。建议优先使用 union 或 memcpy。

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

// 函数：将四个字节拼接成 float
float bytesToFloat(uint8_t b0, uint8_t b1, uint8_t b2, uint8_t b3) {
    uint32_t temp = ((uint32_t)b3 << 24) | ((uint32_t)b2 << 16) | ((uint32_t)b1 << 8) | b0;
    return *(float*)&temp; // 可能导致未定义行为
}

int main(void) {
    uint8_t byte0 = 0x00;
    uint8_t byte1 = 0x00;
    uint8_t byte2 = 0x80;
    uint8_t byte3 = 0x3F; // 代表 float 1.0 的 IEEE 754 编码

    float result = bytesToFloat(byte0, byte1, byte2, byte3);
    printf("Float value: %f\n", result); // 输出应为 1.000000

    return 0;
}

注意：这种方法不推荐使用，因为它可能在某些编译器或优化级别下引发问题。

综合推荐

使用 `union` 方法

union 方法简洁且安全，适合嵌入式系统中对性能和资源有严格要求的场景。以下是完整示例：

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

// 定义联合体
typedef union {
    float f;
    uint8_t bytes[4];
} FloatUnion;

// 将四个字节拼接成 float
float bytesToFloat(uint8_t b0, uint8_t b1, uint8_t b2, uint8_t b3) {
    FloatUnion fu;
    fu.bytes[0] = b0; // LSB
    fu.bytes[1] = b1;
    fu.bytes[2] = b2;
    fu.bytes[3] = b3; // MSB
    return fu.f;
}

int main(void) {
    // 示例字节，表示 float 1.0
    uint8_t byte0 = 0x00;
    uint8_t byte1 = 0x00;
    uint8_t byte2 = 0x80;
    uint8_t byte3 = 0x3F;

    float result = bytesToFloat(byte0, byte1, byte2, byte3);
    printf("Float value: %f\n", result); // 应输出 1.000000

    return 0;
}