在bool中设置额外位会使其同时为true和false

Question

如果我得到一个bool变量并将其第二位设置为1，则变量同时计算为true和false。 使用带-g选项的gcc6.3编译以下代码（ gcc-v6.3.0/Linux/RHEL6.0-2016-x86_64/bin/g++ -g main.cpp -o mytest_d ）并运行可执行文件。 你得到以下。

T如何同时等于真和假？

       value   bits 
       -----   ---- 
    T:   1     0001
after bit change
    T:   3     0011
T is true
T is false

当您使用不同语言（例如fortran）调用函数时，可能会发生这种情况，其中true和false定义与C ++不同。 对于fortran，如果任何位不为0，则该值为true，如果所有位均为零，则该值为false。

#include <iostream>
#include <bitset>

using namespace std;

void set_bits_to_1(void* val){
  char *x = static_cast<char *>(val);

  for (int i = 0; i<2; i++ ){
    *x |= (1UL << i);
  }
}

int main(int argc,char *argv[])
{

  bool T = 3;

  cout <<"       value   bits " <<endl;
  cout <<"       -----   ---- " <<endl;
  cout <<"    T:   "<< T <<"     "<< bitset<4>(T)<<endl;

  set_bits_to_1(&T);


  bitset<4> bit_T = bitset<4>(T);
  cout <<"after bit change"<<endl;
  cout <<"    T:   "<< T <<"     "<< bit_T<<endl;

  if (T ){
    cout <<"T is true" <<endl;
  }

  if ( T == false){
    cout <<"T is false" <<endl;
  }


}

/////////////////////////////////// //使用ifort编译时与C ++不兼容的Fortran函数。

       logical*1 function return_true()
         implicit none

         return_true = 1;

       end function return_true

Answer 1

在C ++中， bool的位表示（甚至大小）是实现定义的; 通常它被实现为char -sized类型，取1或0作为可能的值。

如果将其值设置为与允许值不同的任何值（在此特定情况下，通过char将bool别名化并修改其位表示），则会破坏语言规则，因此任何事情都可能发生。 特别是，在标准中明确规定，“破坏”的bool可能同时表现为true和false （或既不是true也不是false ）：

以本国际标准描述的方式将bool值用作“未定义”，例如通过检查未初始化的自动对象的值，可能会使其表现为既不是true也不是false

（C ++ 11，[basic.fundamental]，注47）

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在这种特殊情况下， 你可以看到它在这种奇怪的情况下是如何结束的 ：第一个if被编译到

    movzx   eax, BYTE PTR [rbp-33]
    test    al, al
    je      .L22

它在eax中加载T （零扩展），如果全部为零，则跳过打印; 相反，下一个是

    movzx   eax, BYTE PTR [rbp-33]
    xor     eax, 1
    test    al, al
    je      .L23

测试if(T == false)被转换为if(T^1) ，它只翻转低位。 这对于有效的bool来说是好的，但是对于你的“破碎”它来说它不会削减它。

请注意，这个奇怪的序列仅在低优化级别生成; 在较高级别，这通常会归结为零/非零检查，并且像您这样的序列可能会成为单个测试/条件分支 。 无论如何，在其他情况下你会得到奇怪的行为，例如将bool值与其他整数相加时：

int foo(bool b, int i) {
    return i + b;
}

变

foo(bool, int):
        movzx   edi, dil
        lea     eax, [rdi+rsi]
        ret

其中dil被“信任”为0/1。

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如果你的程序都是C ++，那么解决方案很简单：不要以这种方式破坏bool值，避免弄乱它们的位表示，一切都会顺利; 特别是，即使你从一个整数分配给一个bool ，编译器也会发出必要的代码以确保结果值是一个有效的bool ，所以你的bool T = 3确实是安全的，而T最终会得到一个true在它的胆量。

相反，如果你需要与其他语言编写的代码进行互操作，这些代码可能不同于bool的相同概念，只需避免bool代表“边界”代码，并将其编组为适当大小的整数。 它将在条件和合作。 同样好。

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有关该问题的Fortran /互操作性方面的更新

免责声明我所知道的Fortran就是我今天早上在标准文档上看到的内容，而且我有一些用Fortran列表打孔的卡片，我用作书签，所以请放轻松。

首先，这种语言互操作性的东西不是语言标准的一部分，而是ABI平台的一部分。 在我们讨论Linux x86-64时，相关文档是System V x86-64 ABI 。

首先，没有指定C _Bool类型（在3.1.2注意†中定义为与C ++ bool相同）与Fortran LOGICAL有任何兼容性; 特别是在9.2.2表9.2中指定将“plain” LOGICAL映射到signed int 。 关于TYPE*N类型，它说

了“ TYPE*N N ”表示法指定了变量或类型的骨料成员TYPE应占据N存储的字节。

（同上）

没有为LOGICAL*1明确指定的等效类型，这是可以理解的：它甚至不是标准的; 事实上，如果您尝试在Fortran 95兼容模式下编译包含LOGICAL*1的Fortran程序，您会收到有关它的警告

./example.f90(2): warning #6916: Fortran 95 does not allow this length specification.   [1]

    logical*1, intent(in) :: x

------------^

并且由gfort

./example.f90:2:13:
     logical*1, intent(in) :: x
             1
Error: GNU Extension: Nonstandard type declaration LOGICAL*1 at (1)

所以水已经糊里糊涂了; 所以，结合上面的两个规则，我会选择signed char是安全的。

但是 ：ABI还指定：

LOGICAL类型的值为.TRUE. 实现为1和.FALSE. 实现为0。

所以，如果你有一个程序在LOGICAL值中存储除1和0之外的任何东西， 那么你已经超出了Fortran方面的规范 ！ 你说：

fortran logical*1具有与bool相同的表示，但是如果位是00000011则在fortran中是true ，在C ++中它是未定义的。

最后的陈述不正确，Fortran标准是表示不可知的，而ABI明确地说相反。 事实上，通过检查gfort的输出以进行LOGICAL比较，您可以轻松地看到这一点：

integer function logical_compare(x, y)
    logical, intent(in) :: x
    logical, intent(in) :: y
    if (x .eqv. y) then
        logical_compare = 12
    else
        logical_compare = 24
    end if
end function logical_compare

变

logical_compare_:
        mov     eax, DWORD PTR [rsi]
        mov     edx, 24
        cmp     DWORD PTR [rdi], eax
        mov     eax, 12
        cmovne  eax, edx
        ret

您会注意到两个值之间存在直接的cmp ，而不是先将它们标准化（与ifort不同，在这方面更为保守）。

更有趣的是：无论ABI说什么，ifort默认使用LOGICAL的非标准表示; 这在-fpscomp logicals交换机文档中进行了解释，该文档还指定了有关LOGICAL和跨语言兼容性的一些有趣细节：

指定具有非零值的整数被视为true，具有零值的整数被视为false。 文字常量.TRUE。 整数值为1，文字常量为FALSE。 整数值为0.此表示形式由版本8.0之前的英特尔Fortran版本和Fortran PowerStation使用。

默认值为fpscomp nologicals ，它指定奇数值（低位1）被视为true，偶数整数值（低位0）被视为false。

文字常量.TRUE。 整数值为-1，文字常量为.FALSE。 整数值为0. Compaq Visual Fortran使用此表示形式。 Fortran标准未指定LOGICAL值的内部表示。 在LOGICAL上下文中使用整数值或将LOGICAL值传递给用其他语言编写的过程的程序是不可移植的，可能无法正确执行。 英特尔建议您避免使用依赖于LOGICAL值内部表示的编码实践。

（重点补充）

现在， LOGICAL的内部表示通常不应该成为问题，因为从我收集的内容来看，如果你按照规则进行游戏并且不跨越语言边界，你就不会注意到。 对于符合标准的程序， INTEGER和LOGICAL之间没有“直接转换”; 我认为你可以将INTEGER推入LOGICAL的唯一方法似乎是TRANSFER ，它本质上是不可移植的，没有真正的保证，或者在分配时没有非标准的INTEGER < - > LOGICAL转换。

后者是记录由gfort到总是导致非零- > .TRUE. ，零 - > .FALSE. ， 你可以看到 ，在所有情况下生成的代码都是为了实现这一点（即使在带有遗留表示的ifort的情况下它是复杂的代码），所以你似乎无法以这种方式将任意整数推送到LOGICAL中。

logical*1 function integer_to_logical(x)
    integer, intent(in) :: x
    integer_to_logical = x
    return
end function integer_to_logical

integer_to_logical_:
        mov     eax, DWORD PTR [rdi]
        test    eax, eax
        setne   al
        ret

LOGICAL*1的反向转换是直的整数零扩展（gfort），因此，为了遵守上面链接的文档中的合同，显然期望LOGICAL值为0或1。

但总的来说，这些转换的情况有点 混乱 ，所以我只是远离它们。

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所以，长话短说：避免将INTEGER数据放入LOGICAL值，因为即使在Fortran中它也很糟糕，并确保使用正确的编译器标志来获得布尔值的ABI兼容表示，并且与C / C ++的互操作性应该没问题。 但为了更安全，我只是在C ++方面使用plain char 。

最后，根据我从文档中收集的内容 ，在ifort中有一些内置支持与C的互操作性，包括布尔值; 你可以尝试利用它。

Answer 2

当您违反与语言和编译器的合同时会发生这种情况。

你可能听说过“零是假的”，“非零是真的”。 当你坚持语言的参数，静态地将int转换为bool或反之亦然时，这就成立了。

当你开始搞乱位表示时它不成立。 在这种情况下，您违反合同，并进入（至少）实现定义的行为领域。

根本不要那样做。

这不取决于bool如何存储在内存中。 这取决于编译器。 如果要更改bool的值，请指定true / false ，或者指定一个整数并使用C ++提供的正确转换机制。

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C ++标准实际上给出了一个特定的调用，告诉我们如何以这种方式使用bool是顽皮的，坏的和邪恶的（ “使用bool值以本文档描述的方式为'undefined'，例如通过检查一个值未初始化的自动对象，可能会使它表现得好像既不是true也不是false 。“ ），尽管出于编辑原因它已在C ++ 20中被删除 。