c 标准和位移

Question

这个问题首先受到此代码的（意外）结果的启发：

uint16_t   t16 = 0;
uint8_t     t8 = 0x80;
uint8_t t8_res;

t16    = (t8 << 1);
t8_res = (t8 << 1);

printf("t16: %x\n", t16);    // Expect 0, get 0x100
printf(" t8: %x\n", t8_res); // Expect 0, get 0

但事实证明这是有道理的：

6.5.7 按位移位运算符

约束

2 每个操作数都应具有整数类型

因此，最初混淆的行相当于：

t16 = (uint16_t) (((int) t8) << 1);

恕我直言，有点不直观，但至少定义良好。

好的，很好，但是我们这样做：

{
uint64_t t64 = 1;
t64 <<= 31;
printf("t64: %lx\n", t64); // Expect 0x80000000, get 0x80000000
t64 <<= 31;
printf("t64: %lx\n", t64); // Expect 0x0, get 0x4000000000000000
}

// 编辑：遵循与上面相同的文字参数，以下内容应该是等效的：

t64 = (uint64_t) (((int) t64) << 31);

// 因此我的困惑/期望 [end_edit]

现在，我们得到了直观的结果，但不是什么来自我对标准的（字面）阅读。这种“进一步自动类型提升”何时/如何发生？或者是否存在其他地方的限制，即类型永远不能降级（这有意义吗？），在这种情况下，提升规则如何适用：

uint32_t << uint64_t

因为标准确实规定两个参数都提升为 int；是否应该将两个参数提升为相同类型？

// edit:

更具体地说，以下结果应该是什么：

uint32_t t32 = 1;
uint64_t t64_one = 1;
uint64_t t64_res;

t64_res = t32 << t64_one;

// end edit

当我们认识到规范并不要求具体提升为 int 而是提升为 an 时，上述问题的答案就得到了解决。 整数类型，uint64_t 符合该类型。

// 澄清编辑：

好的，但现在我又困惑了。具体来说，如果 uint8_t 是整数类型，那么为什么它会被提升为 int 呢？它似乎与常量 int 1 无关，如以下练习所示：

{
uint16_t t16 = 0;
uint8_t t8 = 0x80;
uint8_t t8_one = 1;
uint8_t t8_res;

t16 = (t8 << t8_one);
t8_res = (t8 << t8_one);

printf("t16: %x\n", t16);
printf(" t8: %x\n", t8_res);
}

t16: 100
 t8: 0

如果 uint8_t 是整数类型，为什么 (t8 << t8_one) 表达式会被提升？

--

作为参考，我正在使用 2005 年 5 月 6 日的 ISO/IEC 9899:TC9, WG14/N1124。如果该版本已过时，并且有人还可以提供指向更新版本的链接，我们也将不胜感激。

Answer 1

我认为您困惑的根源可能是以下两个语句不等效：

• 每个操作数都应具有整数类型
• 每个操作数应具有 int 类型

uint64_t 是整数类型。

Answer 2

§6.5.7 中的约束“每个操作数都应具有整数类型”。 是一个约束，意味着您不能在非整数类型（如浮点值或指针）上使用按位移位运算符。它不会导致您注意到的效果。

确实导致该效果的部分在下一段中：

 3.对每个操作数执行整数提升。结果的类型是提升后的左操作数的类型。

§6.3.1.1 中描述了整数促销：

2.表达式中只要 int 就可以使用以下内容
或可以使用unsigned int：

• 具有整数类型的对象或表达式，其整数转换等级小于或等于 int 的等级并且
  无符号整数。
• _Bool、int、signed int 或 unsigned int 类型的位字段。

如果一个 int 可以表示原始类型的所有值，则该值
转换为 int；否则，它会被转换为无符号的
int。这些称为整数促销。所有其他类型都是
整数提升不变。

uint8_t 的等级低于 int，因此该值会转换为 int（因为我们知道 int > 必须能够表示 uint8_t 的所有值（考虑到这两种类型的范围要求）。

排名规则很复杂，但它们保证具有较高排名的类型不能具有较低的精度。这意味着，实际上，类型不能通过整数提升“降级”为精度较低的类型（uint64_t 可以提升为 int 或 < code>unsigned int，但仅当类型范围至少为 uint64_t 的范围时）。

在 uint32_t << 的情况下uint64_t，启动的规则是“结果的类型是提升的左操作数的类型”。因此，我们有几种可能性：

• 如果 int 至少为 33 位，则 uint32_t 将提升为 int，结果将为 int;
• 如果 int 小于 33 位且 unsigned int 至少为 32 位，则 uint32_t 将提升为 unsigned int code> 且结果将为 unsigned int；
• 如果 unsigned int 小于 32 位，则 uint32_t 将保持不变，结果将为 uint32_t。

在当今常见的桌面和服务器实现中，int 和 unsigned int 通常是 32 位，因此会出现第二种可能性（uint32_t 被提升为无符号整数）。过去，int / unsigned int 通常为 16 位，并且会出现第三种可能性（uint32_t 未提升）。

示例的结果：

uint32_t t32 = 1;
uint64_t t64_one = 1;
uint64_t t64_res;

t64_res = t32 << t64_one;

将值 2 存储到 t64_res 中。但请注意，这不会受到表达式结果不是 uint64_t 的影响 - 会受影响的表达式示例是：

uint32_t t32 = 0xFF000;
uint64_t t64_shift = 16;
uint64_t t64_res;

t64_res = t32 << t64_shift;

这里的结果是 <代码>0xf0000000。

请注意，虽然细节相当复杂，但您可以将其归结为您应该牢记的相当简单的规则：

在 C 中，算术永远不会在比 int 窄的类型中完成 /
无符号整数。

Answer 3

您在标准中发现了错误的规则:(相关内容类似于“通常的整数类型促销适用”。这就是第一个示例中您遇到的问题。如果像 uint8_t 这样的整数类型具有排名小于 int 的值将提升为 uint64_t，其排名不小于 int 或。 unsigned 所以没有促销执行并将 << 运算符应用于 uint64_t 变量

编辑： 所有小于 int 的整数类型。 code> 被提升为算术，这只是生活中的事实:) uint32_t 是否被提升取决于平台，因为它可能具有与 int 相同或更高的排名。代码>（未晋升）或更小的等级（晋升）。

对于 << 运算符，右侧操作数的类型并不重要，重要的是左侧操作数的位数（遵循上述规则）。对于正确的人来说，更重要的是它的价值。它不能为负数或超过（提升的）左操作数的宽度。