为什么printf和cout对此代码给出不同的输出？

Question

int main(){
    ll a=pow(2,32);
    cout <<a<<endl;
    cout << (-1<<1)<<endl;
    printf("%x",-1<<1);
}

对于上面的代码，我得到以下输出：

4294967296
-2
fffffffe

十进制的4294967296等于十六进制的fffffffe ，基本上是2^32 。 为什么printf和cout的行为不同？ 以及这种转变是如何工作的？

Answer 1

printf格式标志%x表示以十六进制打印整数值。

也有一个流操纵器来完成此操作（ std::hex ），但是您没有使用它。 当您向没有操纵器的流输出整数值时，其输出以10为底。

看到这里有关的更多信息printf格式标志， 并在这里关于流操纵信息。

移位运算符<<工作方式在C ++ 03 Standard（14882：2003）中进行了描述：

5.8移位运算符

1 /移位运算符<<和>>从左到右分组。 shift-expression：加法表达式加法表达式<<加法表达式加法表达式>>加法表达式

操作数应为整数或枚举类型，并执行整数提升。 结果的类型是提升后的左操作数的类型。 如果右操作数为负或大于或等于提升后的左操作数的位长度，则该行为是不确定的。

2 / E1 << E2的值是E1（被解释为位模式）左移的E2位位置； 空出的位为零。 如果E1具有无符号类型，则将结果的值乘以E1乘以幂2的幂2，如果E1具有无符号长类型，则将结果取ULONG_MAX + 1为模，否则为UINT_MAX + 1。

[注意：常量ULONG_MAX和UINT_MAX在标头中定义）。 ]

在您的情况下，二进制值-1的每一位都为1 s。 对于32位值，则：

11111111 11111111 11111111 11111111 

如果使用<<将此值左移1位，则会得到：

11111111 11111111 11111111 11111110 

在基数10中为-2。 由于操作-1<<1对LHS使用负数，因此整个表达式为带符号（而非无符号）类型。

Answer 2

第一，

以十六进制表示的fffffffe，基本上是2 ^ 32

是错的。 FFFFFFFE = 4294967294，即2 ^ 32-2（对于无符号整数）或-2（对于2的补码中的32位有符号整数）。

其次， printf("%x", ...)将输出一个无符号的十六进制整数（即unsigned int ），在大多数现代系统上，该整数为32位。 long long a = 2 << 32需要64位整数才能正确存储它（或更准确地说，至少需要33位整数），因此，当您使用cout << a ，您正在调用ostream& operator<<(ostream&, long long) ，其类型正确。 也就是说，由于printf说明符使用的类型与C ++ operator<<重载使用的强类型，因此您遇到了溢出问题。

Answer 3

该代码调用了未定义的行为，因为您正尝试左移负数， C ++ 11标准草案 5.8 移位运算符说（ 强调我的意思 ）：

E1 << E2的值是E1左移E2位的位置； 空出的位为零。 如果E1具有无符号类型，则结果的值为E1×2E2，以比结果类型中可表示的最大值大的模数减少1。 否则，如果E1具有带符号类型且非负值 ，并且E1×2E2在结果类型中可表示，则这是结果值；否则，结果为0。 否则， 行为是undefined 。

草案C99标准第6.5.7节的按位移位运算符也是如此

为printf指定无效的转换说明符也是未定义的行为 ，您指定%x期望有一个无符号的int但结果是带符号的 。 第7.19.6.1节中的C99草案 fprintf函数第9段说：

如果转换规范无效，则行为是不确定的。248）如果任何参数不是对应转换规范的正确类型，则行为是不确定的。

Answer 4

%x将输出格式化为以十六进制显示值，因此您应该将std::hex传递给cout以执行相同的操作：

std::cout << std:::hex << (-1<<1) << endl;
             ^^^^^^^^^

Answer 5

这将产生与您需要告​​诉其以十六进制打印的方式相同的正确答案

cout << hex<<(-1<<1)<<endl;
printf("%x",-1<<1);

Answer 6

％x是十六进制，其中cout只是直接输出数字（int）-1是0xFFFFFFFF向左移动，您必须向左添加0，即最后一个F（二进制中的1111变为1110，即E）我想更清楚地回答您的观点。

Answer 7

为了便于阅读，我们使用带符号的8位整数：

-1 bitwise is 11111111

现在左移1：

-1 << 1

你得到：

11111110 which is -2

但是，使用转换说明符%x告诉printf()将11111111设为无符号，以便打印出fe 。

Answer 8

第一种情况是有效的： pow(2,32)返回精确值2 ³²作为double ，当您将其转换为long long时，它仍然是精确值（我假设这就是神秘的ll类型）。 使用cout打印此文件是完全有效的。

在(-1<<1)的情况下，左移负数会产生不确定的行为。 即使编译器确实将其定义为-2（大多数情况下也是如此），传递负数以与printf的%x说明符（要求使用无符号类型）一起使用也是一种不确定的行为。