無符號整數中的填充位和C89中的按位運算

Question

我有很多代碼對無符號整數執行按位運算。 我編寫了我的代碼，假設這些操作是在固定寬度的整數上，沒有任何填充位。 例如，一個32位無符號整數數組，其中每個整數都有32位可用。

我希望讓我的代碼更具可移植性，並且我專注於確保我符合C89 （在這種情況下）。 我遇到的一個問題是填充整數。 拿這個極端的例子，取自GMP手冊 ：

然而，在Cray矢量系統上，可以注意到short和int總是以8個字節存儲（並且sizeof指示），但僅使用32或46位。 指甲功能可以通過傳遞例如8*sizeof(int)-INT_BIT 。

我也在其他地方讀過這種類型的填充。 我昨晚真的在SO上看了一篇文章（請原諒我，我沒有鏈接，我要引用類似記憶的東西），如果你有一個帶有60個可用位的雙重，另外4個可以用於填充和那些填充位可以用於某些內部目的，因此它們不能被修改。

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因此，假設我的代碼是在一個平台上編譯的，其中unsigned int類型的大小為4個字節，每個字節為8位，但最重要的2位是填充位。 將UINT_MAX在這種情況下是0x3FFFFFFF（1073741823）？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

/* padding bits represented by underscores */
int main( int argc, char **argv )
{
    unsigned int a = 0x2AAAAAAA; /* __101010101010101010101010101010 */
    unsigned int b = 0x15555555; /* __010101010101010101010101010101 */
    unsigned int c = a ^ b; /* ?? __111111111111111111111111111111 */
    unsigned int d = c << 5; /* ??  __111111111111111111111111100000 */
    unsigned int e = d >> 5; /* ?? __000001111111111111111111111111 */

    printf( "a: %X\nb: %X\nc: %X\nd: %X\ne: %X\n", a, b, c, d, e );
    return 0;
}

• 使用填充位XOR兩個整數是否安全？
• 不管填充位是什么，我不會XOR嗎？

我找不到C89中涵蓋的這種行為。

此外在c變量保證是0x3FFFFFFF或如果例如兩個填充比特在一個都是上或b將c是0xFFFFFFFF ？

與d和e相同的問題。 我是通過移動來操縱填充位嗎？ 我希望在下面看到這一點，假設32位，其中2位最高位用於填充，但我想知道這樣的事情是否有保證：

a: 2AAAAAAA
b: 15555555
c: 3FFFFFFF
d: 3FFFFFE0
e: 01FFFFFF

填充位總是最高位還是最低位？

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編輯12/19/2010美國東部時間下午5點 ：Christoph回答了我的問題。 謝謝！
我還問過（上面）填充位是否總是最重要的位。 這在C99標准的基本原理中引用，答案是否定的。 我正在玩它安全並假設C89相同。 以下是C99基本原理對§6.2.6.2（整數類型表示）的說法：

填充位是用戶可訪問的無符號整數類型。 例如，假設一台機器使用一對16位短路（每個都有自己的符號位）來構成一個32位的int，而在這個32位的int中使用時，忽略了short short的符號位。 然后，作為32位有符號整數，在確定32位有符號int的值時會忽略一個填充位（在32位的中間）。 但是，如果將此32位項目視為32位無符號整數，則該填充位對用戶程序可見。 C委員會被告知有一台機器以這種方式工作，這就是填充位被添加到C99的一個原因。

腳注44和45提到奇偶校驗位可能是填充位。 委員會不知道任何具有用戶可訪問的奇偶校驗位的機器在整數內。 因此，委員會不知道任何將奇偶校驗位視為填充位的機器。

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編輯12/28/2010美國東部時間下午3點 ：幾個月前我在comp.lang.c上發現了一個有趣的討論。

• 填充位上的按位運算符效果（VelocityReviews閱讀器）
• 填充位的按位運算符效果（Google網上論壇備用鏈接）

Dietmar提出的一點我感興趣：

讓我們注意，填充位不是存在陷阱表示所必需的; 不表示對象類型值的值位組合也可以。

Answer 1

按位運算（如算術運算）對值進行操作並忽略填充。 實現可能會也可能不會修改填充位（或在內部使用它們，例如作為奇偶校驗位），但便攜式C代碼將永遠無法檢測到這一點。 任何值（包括UINT_MAX ）都不包括填充。

如果您使用sizeof (int) * CHAR_BIT ，然后嘗試使用shift來訪問所有這些位，那么整數填充可能會導致問題。 如果你想要是可移植的，要么只使用（ unsigned ） char ，固定大小的整數（添加C99），要么以編程方式確定值位數。 這可以在編譯時使用預處理器通過比較UINT_MAX與2的冪或在運行時通過使用位操作來完成。

編輯：

C90根本沒有提到整數填充，但據我所知，“隱形”前置或尾隨整數填充位不應違反標准（我沒有通過所有相關部分來確保這是真的情況雖然）; probaby是C99基本原理中提到的混合填充和值位的問題，因為否則，標准就不需要改變了。

至於用戶可訪問的含義：填充位是可訪問的，只要你可以通過在((unsigned char *)&foo)[…]上使用位操作來獲取foo （包括填充）的任何位。 但是在修改填充位時要小心：結果不會改變整數的值，但可能會創建陷阱表示。 在C90的情況下，這是隱式未指定的（如未提及的那樣），在C99的情況下，它是實現定義的。

然而，這不是基本原理引用的內容：引用的體系結構通過兩個16位整數表示32位整數。 在無符號類型的情況下，結果整數具有32個值位並且精度為32; 在有符號整數的情況下，它只有31個值位且精度為30：16位整數的符號位之一用作32位整數的符號位，另一個被忽略，從而創建由值位包圍的填充位。 現在，如果您將32位有符號整數作為無符號整數（明確允許並且不違反C99別名規則）訪問，則填充位將成為（用戶可訪問的）值位。