C中的符號擴展名

Question

我正在這里看以了解符號擴展名： http : //www.shrubbery.net/solaris9ab/SUNWdev/SOL64TRANS/p8.html

    struct foo {
        unsigned int    base:19, rehash:13;  
    };

    main(int argc, char *argv[]) 
    {
        struct foo  a;
        unsigned long addr;

        a.base = 0x40000;
        addr = a.base << 13;        /* Sign extension here! */
        printf("addr 0x%lx\n", addr);

        addr = (unsigned int)(a.base << 13);  /* No sign extension here! */
        printf("addr 0x%lx\n", addr);
    }

他們聲稱：

------------------ 64位：

% cc -o test64 -xarch=v9 test.c
% ./test64
addr 0xffffffff80000000
addr 0x80000000
%

------------------ 32位：

% cc -o test32 test.c
% ./test32
addr 0x80000000
addr 0x80000000
%

我有3個問題：

1. 什么是符號擴展名？ 是的，我閱讀了Wiki，但不了解何時進行類型提升，符號擴展是怎么回事？
2. 為什么用ffff .. 64位（指地址addr）？
3. 當我鍵入強制轉換時，為什么沒有符號擴展名？

編輯：4.為什么不是32位系統中的問題？

Answer 1

<<運算符的左操作數會進行標准提升，因此在您的情況下，它會提升為int －至此為止。 接下來，將值0x4000的int乘以2 ¹³ ，這將導致溢出，從而導致不確定的行為。 但是，我們可以看到發生了什么：現在，表達式的值就是INT_MIN ，最小的可表示int 。 最后，當您將其轉換為無符號的64位整數時，通常的模塊化算術規則要求結果值為0xffffffff80000000 。 同樣，轉換為無符號的32位整數將得到值0x80000000 。

要對無符號值執行操作，您需要使用強制轉換來控制轉換：

(unsigned int)(a.base) << 13

Answer 2

a.base << 13

按位運算符在其兩個操作數上執行整數提升。

因此，這等效於：

    (int) a.base << 13

這是int類型的負值。

然后：

addr = (int) a.base << 13;

將此帶符號的負值（ (int) a.base << 13 ）轉換為通過整數轉換unsigned long構成的addr類型。

整數轉換（C99，6.3.1.3p2）規則與執行相同：

addr = (long) ((int) a.base << 13);

因為((int) a.base << 13)是負號，所以轉換long在此處執行符號擴展。

在另一種情況下，使用演員表時，您具有的等同於：

addr = (unsigned long) (unsigned int) ((int) a.base << 13);

因此在第二種情況下不會執行符號擴展，因為(unsigned int) ((int) a.base << 13)是一個無符號（當然是正值）的值。

編輯 ：正如KerrekSB在他的答案中提到的a.base << 13實際上不是int表示的（我假設是32位int ），因此此表達式調用未定義的行為，並且實現有權以任何其他方式進行行為，例如崩潰。

對於信息，這絕對不是可移植的，但是如果您使用gcc ，則gcc不會將a.base << 13視為未定義行為。 從gcc文檔中：

“ GCC不會僅將C99中給出的緯度用於將帶符號的<<<”的某些方面視為未定義，但這可能會發生變化。”

在http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Integers-implementation.html中

Answer 3

這更多是關於位域的問題。 請注意，如果將結構更改為

struct foo {
    unsigned int    base, rehash;  
};

您會得到截然不同的結果。

正如@JensGustedt在無符號位域的類型：int或unsigned int中指出的，規范說：

如果一個int可以表示原始類型的所有值（受位字段的寬度限制），則該值將轉換為int；

即使您已指定base為無符號，當您讀取它時，編譯器會將其轉換為帶signed int 。 這就是為什么在將其轉換為unsigned int時沒有獲得符號擴展的原因。

符號擴展與如何用二進制表示負數有關。 最常見的方案是2s補碼。 在此方案中，-1以32位表示為0xFFFFFFFF，-2是0xFFFFFFFE，依此類推。例如，當我們要將32位數字轉換為64位數字時應該怎么做？ 如果將0xFFFFFFFF轉換為0x00000000FFFFFFFF，則數字將具有相同的無符號值（約40億），但具有不同的有符號值（-1與40億）。 另一方面，如果將0xFFFFFFFF轉換為0xFFFFFFFFFFFFFFFF，則數字將具有相同的有符號值（-1），但具有不同的無符號值。 前者稱為零擴展（適用於無符號數字），后者稱為符號擴展（適用於有符號數字）。 之所以稱為“符號擴展”，是因為“符號位”（最高有效位或最左邊的位）被擴展或復制以使數字更寬。

Answer 4

我花了一段時間和大量的閱讀/測試。
也許我的初學者了解正在發生的事情會幫助您（如我所知）

1. a.base = 0x40000（1（0）x18）-> 19位位域
   
2. ADDR = a.base << 13。
   
   • a.base可以容納的任何值int也可以容納，因此從19位無符號int位字段轉換為32位有符號整數。 （a.base現在是（0）x13,1，（0）x18）。
     
   • 現在（轉換為帶符號的整數a.base）<< 13，結果為1（0）x31）。 請記住，它現在是int簽名的。
     
   • ADDR =（1（0）X31）。 addr是unsigned long類型（64位），因此將分配的righ值轉換為long int。 從signed int轉換為long int使addr（1）x33，（0）x31。

在您甚至不知道的所有對話之后，這就是要打印的內容： 0xffffffff80000000 。
第二行打印0x80000000的原因是因為在轉換為long int 之前將其long int轉換為（unsigned int）。 將unsigned int轉換為long int ，沒有位符號，因此值僅以尾隨0填充以匹配大小，僅此而已。

與32位的不同之處在於，在從32-bit signed int到32-bit unsigned long 32-bit signed int轉換過程中， 32-bit unsigned long它們的大小匹配並添加尾隨符號，所以： 1(0)x31將保持1(0)x31
即使從int轉換為long int之后（它們具有相同的大小，其值也會被解釋為不同，但位是完整的。）

鏈接中的報價：

做出此假設的任何代碼都必須更改為同時適用於ILP32和LP64。 雖然在ILP32數據模型中int和long均為32位，但在LP64數據模型中，long為64位。