uint64_t變量中C的按位移位運算

Question

我有以下示例代碼：

uint64_t x, y;
x = ~(0xF<<24);
y = ~(0xFF<<24);

結果將是：

x=0xfffffffff0ffffff
y=0xfffff

有人可以解釋這個區別嗎？ 為什么x計算超過64位而y只計算在32位？

Answer 1

默認操作是32位。

x=~(0xf<<24);

此代碼可以反匯編為以下步驟：

int32_t a;
a=0x0000000f;
a<<=24;   // a=0x0f000000;
a=~a;     // a=0xf0ffffff;
x=(uint64_t)a;  // x = 0xfffffffff0ffffff;

和，

y = ~(0xFF<<24);

int32_t a;
a=0x000000ff;
a<<=24;   // a=0xff000000;
a=~a;     // a=0x00ffffff;
x=(uint64_t)a;  // x = 0x000000000ffffff;

Answer 2

因為0x0f << 24在被視為int時是正數，所以它被符號擴展為正數，即到0x00000000_0f000000 （下划線只是為了可讀性，C不支持這種語法）。 然后將其轉換為您所看到的內容。

另一方面， 0xff << 24是負數，因此它的符號擴展方式不同。

Answer 3

其他海報已經說明了為什么會這樣做。 但要獲得預期的結果：

uint64_t x, y; 
x = ~(0xFULL<<24); 
y = ~(0xFFULL<<24);

或者你可以這樣做（我不知道這是否比上面的慢）：

uint64_t x, y; 
x = ~(uint64_t(0xF)<<24); 
y = ~(uint64_t(0xFF)<<24);

然后：

x = 0xfffffffff0ffffff
y = 0xffffffff00ffffff

Answer 4

您的程序中有未定義的行為，因此可能發生任何事情。

整數文字0xF或0xFF的類型為int ，相當於signed int 。 在這個特定的平台上， int顯然是32位。
整數文字24也是（帶符號） int 。
當編譯器評估<< operation時，兩個操作數都是（signed） int因此不會發生隱式類型的提升。 因此<<操作的結果也是（簽名的） int 。
值0xF << 24 = 0x0F000000作為非負值適合（帶符號） int ，因此一切正常。
值0xFF << 24 = 0xFF000000 不適合 （signed） int ！ 在這里，調用未定義的行為，並且可能發生任何事情。

ISO 9899：2011 6.5.7 / 4：

“E1 << E2的結果是E1左移E2位位置;空位用零填充。” / - /

“如果E1具有帶符號類型和非負值，並且E1×2E2在結果類型中可表示，那么這就是結果值;否則，行為是未定義的。

因此不能使用表達式0xFF << 24。 該程序可以隨后打印任何垃圾值。

但如果我們忽略那一個並專注於0x0F <24：

0x0F000000仍然是（簽名） int 。 〜運算符適用於此。
結果是0xF0FFFFFF，它仍然是一個signed int。 幾乎在任何系統上，這個32位十六進制等於二進制補碼中的負數。
在賦值期間，此signed int將轉換為uint64_t類型。 這分兩步完成，首先將其轉換為帶符號的64位，然后將帶符號的64轉換為無符號64。

像這樣的錯誤是為什么編碼標准MISRA-C包含許多規則來禁止在這樣的表達式中使用整數文字。 符合MISRA-C的代碼必須在每個整數文字后使用u后綴（MISRA-C：2004 10.6），並且不允許代碼對有符號整數執行按位運算（MISRA-C：2004 12.7）。