加速度センサーから取ってきた値をシリアルモニタに表示するときに、ビット演算を使って2個のレジスタの値を合体させていました。

x = readRegister(REG_X1) | (readRegister(REG_X2) << 8);
Serial.println(x, HEX);

1個目のレジスタが下位8ビット、2個目のレジスタが上位8ビットなので、2個目を8ビット左シフトさせてから合体させてやればいいだろうと。

こう書いていると、まれにおかしな値が出ることが。

38
47
FFFFFFF8  // ←？
FFFFFFF7  // ←？

センサーを動かしながら値を取っているので、大きく変動することはあると思うんですが、そもそも桁数がおかしい。

実験してみた

どうやら2個目のレジスタがFFとかFEあたりのときに発生しているらしく、シフト演算と関係ありそうなので実験してみました。

int a = 255;                  // 0xFF
Serial.println(sizeof(int));  // => 2 つまりintは16ビット

Serial.println(a << 4, HEX);  // =>      FF0 ←わかる
Serial.println(a << 8, HEX);  // => FFFFFF00 ←？
Serial.println(a << 12, HEX); // => FFFFF000 ←？？
Serial.println(a << 16, HEX); // =>        0 ←わかる(あふれた)

sizeofで返ってくる値からも、intは16ビットと思われるので、FFFFFF00みたいな桁数はおかしい。

更に実験してみた

リファレンスに関係がありそうな記載があったので、更に実験してみました。

<< (左シフト) >> (右シフト)

最上位ビットが1のxを右シフトするとき、結果はxの型に依存します。xがint型ならば最上位ビットは符号ビットですが、深遠な歴史的経緯に基づき、その符号ビットが右側にコピーされていきます。

今回やってるのは 左シフト なんだけど、何だか挙動が似てるぞ……！
というわけで、unsigned intでやってみました。

unsigned int b = 255;
Serial.println(b << 4, HEX);  // =>  FF0
Serial.println(b << 8, HEX);  // => FF00
Serial.println(b << 12, HEX); // => F000
Serial.println(b << 16, HEX); // =>    0
Serial.println();

思った通りの動きになってる！！
けど、今回のとは関係ない気がする。1で埋められるのは右シフトの時ですし。

原因究明

もしかしたらSerial.printで表示するときに何かしているのでは？と思い、実装箇所を探してみました。(正直、探すのに一番時間かかった……。)

Arduino/hardware/arduino/avr/cores/arduino/Print.cpp

Print.cpp

size_t Print::print(int n, int base)
{
  return print((long) n, base);
}

longにキャストしてる！！
何だか分かってきたかも……。

つまり、こういうことだったみたいです。

intの変数に 255 を入れる(16ビットintなので 0x00FF になる)
8ビット左シフトすると、 0xFF00 になる
普通のintは固定小数点数なので、最上位ビットが1だとマイナスの値になっちゃう( -256 を表す)
longにキャストしたときに、同じ-256を表すように隙間を1で埋められる
16進表記すると FFFFFF00 って表示される

分かってしまえば凄く単純で初歩的な事でした。

今回の教訓

シフト演算するときはunsigned intにする
intやlongのサイズが色々あることを意識する