在bool中設置額外位會使其同時為true和false

Question

如果我得到一個bool變量並將其第二位設置為1，則變量同時計算為true和false。 使用帶-g選項的gcc6.3編譯以下代碼（ gcc-v6.3.0/Linux/RHEL6.0-2016-x86_64/bin/g++ -g main.cpp -o mytest_d ）並運行可執行文件。 你得到以下。

T如何同時等於真和假？

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

當您使用不同語言（例如fortran）調用函數時，可能會發生這種情況，其中true和false定義與C ++不同。 對於fortran，如果任何位不為0，則該值為true，如果所有位均為零，則該值為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編譯時與C ++不兼容的Fortran函數。

       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）是實現定義的; 通常它被實現為char -sized類型，取1或0作為可能的值。

如果將其值設置為與允許值不同的任何值（在此特定情況下，通過char將bool別名化並修改其位表示），則會破壞語言規則，因此任何事情都可能發生。 特別是，在標准中明確規定，“破壞”的bool可能同時表現為true和false （或既不是true也不是false ）：

以本國際標准描述的方式將bool值用作“未定義”，例如通過檢查未初始化的自動對象的值，可能會使其表現為既不是true也不是false

（C ++ 11，[basic.fundamental]，注47）

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在這種特殊情況下， 你可以看到它在這種奇怪的情況下是如何結束的 ：第一個if被編譯到

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

它在eax中加載T （零擴展），如果全部為零，則跳過打印; 相反，下一個是

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

測試if(T == false)被轉換為if(T^1) ，它只翻轉低位。 這對於有效的bool來說是好的，但是對於你的“破碎”它來說它不會削減它。

請注意，這個奇怪的序列僅在低優化級別生成; 在較高級別，這通常會歸結為零/非零檢查，並且像您這樣的序列可能會成為單個測試/條件分支 。 無論如何，在其他情況下你會得到奇怪的行為，例如將bool值與其他整數相加時：

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

變

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

其中dil被“信任”為0/1。

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如果你的程序都是C ++，那么解決方案很簡單：不要以這種方式破壞bool值，避免弄亂它們的位表示，一切都會順利; 特別是，即使你從一個整數分配給一個bool ，編譯器也會發出必要的代碼以確保結果值是一個有效的bool ，所以你的bool T = 3確實是安全的，而T最終會得到一個true在它的膽量。

相反，如果你需要與其他語言編寫的代碼進行互操作，這些代碼可能不同於bool的相同概念，只需避免bool代表“邊界”代碼，並將其編組為適當大小的整數。 它將在條件和合作。 同樣好。

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有關該問題的Fortran /互操作性方面的更新

免責聲明我所知道的Fortran就是我今天早上在標准文檔上看到的內容，而且我有一些用Fortran列表打孔的卡片，我用作書簽，所以請放輕松。

首先，這種語言互操作性的東西不是語言標准的一部分，而是ABI平台的一部分。 在我們討論Linux x86-64時，相關文檔是System V x86-64 ABI 。

首先，沒有指定C _Bool類型（在3.1.2注意†中定義為與C ++ bool相同）與Fortran LOGICAL有任何兼容性; 特別是在9.2.2表9.2中指定將“plain” LOGICAL映射到signed int 。 關於TYPE*N類型，它說

了“ TYPE*N N ”表示法指定了變量或類型的骨料成員TYPE應占據N存儲的字節。

（同上）

沒有為LOGICAL*1明確指定的等效類型，這是可以理解的：它甚至不是標准的; 事實上，如果您嘗試在Fortran 95兼容模式下編譯包含LOGICAL*1的Fortran程序，您會收到有關它的警告

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

    logical*1, intent(in) :: x

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

並且由gfort

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

所以水已經糊里糊塗了; 所以，結合上面的兩個規則，我會選擇signed char是安全的。

但是 ：ABI還指定：

LOGICAL類型的值為.TRUE. 實現為1和.FALSE. 實現為0。

所以，如果你有一個程序在LOGICAL值中存儲除1和0之外的任何東西， 那么你已經超出了Fortran方面的規范 ！ 你說：

fortran logical*1具有與bool相同的表示，但是如果位是00000011則在fortran中是true ，在C ++中它是未定義的。

最后的陳述不正確，Fortran標准是表示不可知的，而ABI明確地說相反。 事實上，通過檢查gfort的輸出以進行LOGICAL比較，您可以輕松地看到這一點：

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

變

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

您會注意到兩個值之間存在直接的cmp ，而不是先將它們標准化（與ifort不同，在這方面更為保守）。

更有趣的是：無論ABI說什么，ifort默認使用LOGICAL的非標准表示; 這在-fpscomp logicals交換機文檔中進行了解釋，該文檔還指定了有關LOGICAL和跨語言兼容性的一些有趣細節：

指定具有非零值的整數被視為true，具有零值的整數被視為false。 文字常量.TRUE。 整數值為1，文字常量為FALSE。 整數值為0.此表示形式由版本8.0之前的英特爾Fortran版本和Fortran PowerStation使用。

默認值為fpscomp nologicals ，它指定奇數值（低位1）被視為true，偶數整數值（低位0）被視為false。

文字常量.TRUE。 整數值為-1，文字常量為.FALSE。 整數值為0. Compaq Visual Fortran使用此表示形式。 Fortran標准未指定LOGICAL值的內部表示。 在LOGICAL上下文中使用整數值或將LOGICAL值傳遞給用其他語言編寫的過程的程序是不可移植的，可能無法正確執行。 英特爾建議您避免使用依賴於LOGICAL值內部表示的編碼實踐。

（重點補充）

現在， LOGICAL的內部表示通常不應該成為問題，因為從我收集的內容來看，如果你按照規則進行游戲並且不跨越語言邊界，你就不會注意到。 對於符合標准的程序， INTEGER和LOGICAL之間沒有“直接轉換”; 我認為你可以將INTEGER推入LOGICAL的唯一方法似乎是TRANSFER ，它本質上是不可移植的，沒有真正的保證，或者在分配時沒有非標准的INTEGER < - > LOGICAL轉換。

后者是記錄由gfort到總是導致非零- > .TRUE. ，零 - > .FALSE. ， 你可以看到 ，在所有情況下生成的代碼都是為了實現這一點（即使在帶有遺留表示的ifort的情況下它是復雜的代碼），所以你似乎無法以這種方式將任意整數推送到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的反向轉換是直的整數零擴展（gfort），因此，為了遵守上面鏈接的文檔中的合同，顯然期望LOGICAL值為0或1。

但總的來說，這些轉換的情況有點 混亂 ，所以我只是遠離它們。

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所以，長話短說：避免將INTEGER數據放入LOGICAL值，因為即使在Fortran中它也很糟糕，並確保使用正確的編譯器標志來獲得布爾值的ABI兼容表示，並且與C / C ++的互操作性應該沒問題。 但為了更安全，我只是在C ++方面使用plain char 。

最后，根據我從文檔中收集的內容 ，在ifort中有一些內置支持與C的互操作性，包括布爾值; 你可以嘗試利用它。

Answer 2

當您違反與語言和編譯器的合同時會發生這種情況。

你可能聽說過“零是假的”，“非零是真的”。 當你堅持語言的參數，靜態地將int轉換為bool或反之亦然時，這就成立了。

當你開始搞亂位表示時它不成立。 在這種情況下，您違反合同，並進入（至少）實現定義的行為領域。

根本不要那樣做。

這不取決於bool如何存儲在內存中。 這取決於編譯器。 如果要更改bool的值，請指定true / false ，或者指定一個整數並使用C ++提供的正確轉換機制。

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C ++標准實際上給出了一個特定的調用，告訴我們如何以這種方式使用bool是頑皮的，壞的和邪惡的（ “使用bool值以本文檔描述的方式為'undefined'，例如通過檢查一個值未初始化的自動對象，可能會使它表現得好像既不是true也不是false 。“ ），盡管出於編輯原因它已在C ++ 20中被刪除 。