负零的 C 标准（1 的补码和带符号的量值）

Question

所有这些功能都在我的机器上给出了预期的结果。它们都可以在其他平台上运行吗？

更具体地说，如果 x 在 1 的补码机器上具有位表示 0xffffffff 或在有符号大小机器上具有 0x80000000，标准对 (无符号)x 的表示有何规定？

另外，我认为 v2、v2a、v3、v4 中的（无符号）强制转换是多余的。这是正确的吗？

假设 sizeof(int) = 4 且 CHAR_BIT = 8

int logicalrightshift_v1 (int x, int n) {

    return (unsigned)x >> n;
}

int logicalrightshift_v2 (int x, int n) {

    int msb = 0x4000000 << 1;
    return ((x & 0x7fffffff) >> n) | (x & msb ? (unsigned)0x80000000 >> n : 0);
}

int logicalrightshift_v2a (int x, int n) {

    return ((x & 0x7fffffff) >> n) | (x & (unsigned)0x80000000 ? (unsigned)0x80000000 >> n : 0);
}

int logicalrightshift_v3 (int x, int n) {

    return ((x & 0x7fffffff) >> n) | (x < 0 ? (unsigned)0x80000000 >> n : 0);
}

int logicalrightshift_v4 (int x, int n) {

    return ((x & 0x7fffffff) >> n) | (((unsigned)x & 0x80000000) >> n);
}

int logicalrightshift_v5 (int x, int n) {

    unsigned y;
    *(int *)&y = x;
    y >>= n;
    *(unsigned *)&x = y;
    return x;
}

int logicalrightshift_v6 (int x, int n) {

    unsigned y;
    memcpy (&y, &x, sizeof (x));
    y >>= n;
    memcpy (&x, &y, sizeof (x));
    return x;
}

Answer 1

如果 x 在 1 上具有位表示 0xffffffff
补码机器或有符号机器上的 0x80000000 什么
标准是否规定了 (unsigned)x 的表示形式？

到无符号的转换是根据值指定的，而不是表示形式。如果您将 -1 转换为 unsigned，您总是得到 UINT_MAX（因此，如果您的 unsigned code> 是 32 位，您总是得到 4294967295）。无论您的实现使用的带符号数字的表示形式如何，都会发生这种情况。

同样，如果将 -0 转换为 unsigned，那么您总是得到0。 -0 在数值上等于 0。

请注意，补码或符号量值实现不需要支持负零；如果不存在，则访问此类表示会导致程序出现未定义的行为。

逐一检查您的函数：

int logicalrightshift_v1(int x, int n)
{
    return (unsigned)x >> n;
}

此函数对于 x 负值的结果将取决于 UINT_MAX，并且如果 （无符号）x>> n 不在 int 范围内。例如，无论机器使用什么表示形式表示有符号数，logicrightshift_v1(-1, 1) 都将返回值 UINT_MAX / 2。

int logicalrightshift_v2(int x, int n)
{
    int msb = 0x4000000 << 1;
    return ((x & 0x7fffffff) >> n) | (x & msb ? (unsigned)0x80000000 >> n : 0);
}

几乎所有与此相关的内容都可以由实现定义。假设您尝试在 msb 中创建一个符号位为 1、值位为零的值，则无法通过使用移位来实现此操作 - 您可以使用 ~INT_MAX< /code>，但是在不允许负零的符号数值机器上允许有未定义的行为，并且允许在二进制补码机器上给出实现定义的结果。

0x7fffffff 和 0x80000000 的类型将取决于各种类型的范围，这将影响此表达式中其他值的提升方式。

int logicalrightshift_v2a(int x, int n)
{
    return ((x & 0x7fffffff) >> n) | (x & (unsigned)0x80000000 ? (unsigned)0x80000000 >> n : 0);
}

如果您创建一个不在 int 范围内的 unsigned 值（例如，给定 32 位 int，values > 0x7fffffff），然后 return 语句中的隐式转换会生成实现定义的值。这同样适用于 v3 和 v4。

int logicalrightshift_v5(int x, int n)
{
    unsigned y;
    *(int *)&y = x;
    y >>= n;
    *(unsigned *)&x = y;
    return x;
}

这仍然是实现定义的，因为未指定 int 表示中的符号位是否对应于 unsigned 表示中的值位或填充位。如果它对应于填充位，则它可能是陷阱表示，在这种情况下，行为未定义。

int logicalrightshift_v6(int x, int n)
{
    unsigned y;
    memcpy (&y, &x, sizeof (x));
    y >>= n;
    memcpy (&x, &y, sizeof (x));
    return x;
}

适用于 v5 的相同注释也适用于此。

此外，我认为 v2、v2a、v3、v4 中的（无符号）强制转换是多余的。是
这是正确的吗？

这取决于。作为十六进制常量，如果该值在 int 范围内，则 0x80000000 将具有 int 类型；如果该值在 unsigned 范围内，则否则为 unsigned；否则，如果该值在 long 范围内，则为 long；否则unsigned long（因为该值在unsigned long允许的最小范围内）。

如果您希望确保它具有无符号类型，请在常量后加上 U 后缀，即 0x80000000U。

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摘要：

1. 将大于 INT_MAX 的数字转换为 int 给出实现定义的结果（或者实际上，允许实现定义的信号）。

2. 将超出范围的数字转换为无符号是通过重复加减UINT_MAX + 1来完成的，这意味着它取决于数学值，而不是表示形式。

3. 将负 int 表示形式检查为 unsigned 是不可移植的（但正int 表示形式是可以的）。

4. 通过使用按位运算符生成负零并尝试使用结果值是不可移植的。

如果您想要“逻辑移位”，那么您应该在任何地方使用无符号类型。有符号类型设计用于处理重要的是值的算法，而不是表示。

Answer 2

如果您严格遵守标准，则不能保证所有这些内容在所有平台上都是相同的。

在 v5 中，您违反了严格别名，这是未定义的行为。

在 v2 - v4 中，您已经签署了右移，这是实现定义的。 （有关更多详细信息，请参阅注释）

在 v1 中，您已签署了无符号强制转换，这是在数字超出范围时定义的实现。

编辑：

v6 实际上可能在以下假设下工作：

• 'int' 是 2 或 1 的补码。
• unsigned 和 int 的大小完全相同（字节和位都相同，并且密集排列）。
• unsigned 的字节序与 int 的字节序匹配。
• 填充和位布局是相同的：（有关更多详细信息，请参阅咖啡馆的评论。）