按位求反问题 - C (Tiva C TM4C123GXL)答案

【问题标题】：Bitwise Negation Issue - C (Tiva C TM4C123GXL)按位求反问题 - C (Tiva C TM4C123GXL)
【发布时间】：2022-03-25 01:44:36
【问题描述】：

在使用 TM4C123GXL 时，我遇到了一个奇怪的行为，我认为这归因于编译器。 (TI v20.2.5.LTS) 将按位求反函数与等价运算符结合使用时，编译器似乎没有正确遵循操作顺序。

本质上，您会发现选项＃1 将不起作用，即使它应该是正确的（据我所见）也会导致错误。但是，选项 #2 将起作用并将结果为真。（据我所知，这与不必要的变量声明相同）

选项#1（应该有效，但无效）

    uint8_t foo = 0x40; // 0100 0000
    uint8_t fooinv = 0xBF; // 1011 1111
    uint8_t bar = 0x04; // 0000 0100
    uint8_t barinv = 0xFB; // 1101 1111
    bool valid = true;
    valid = (foo == ~fooinv) && valid;
    valid = (bar == ~barinv) && valid;

选项#2（额外变量但有效）

    uint8_t foo = 0x40; // 0100 0000
    uint8_t fooinv = 0xBF; // 1011 1111
    uint8_t bar = 0x04; // 0000 0100
    uint8_t barinv = 0xFB; // 1101 1111
    uint8_t temp1 = ~fooinv;
    uint8_t temp2 = ~barinv;
    bool valid = true;
    valid = (foo == temp1) && valid;
    valid = (bar == temp2) && valid;

我怀疑这是因为可能存在某种未解决的数据危害，但我无法确定这里发生了什么。我还没有反汇编编译器创建的代码，但感谢您提供任何帮助。

标签： c bit-manipulation bitwise-operators

【解决方案1】：

~ 的行为在 C 2018 6.5.3.3 4 中指定，其中包括：

... 整数提升在操作数上执行，结果具有提升的类型...

整数提升将uint8_t 转换为int。因此，在~fooinv 中，fooinv 的值0xBF 被转换为int。这不会改变值；它仍然是0x000000BF，它是相同的值，只是显示了更多位。（对于这个答案，我将使用 32 位 int，这在 C 实现中目前很常见。）然后执行按位否定会产生 0xFFFFFF40。这与foo、0x40 的值不同，所以foo == ~fooinv 当然会产生假（零）。

如果您想计算fooinv 的按位否定在uint8_t 中的值，您可以简单地转换结果：(uint8_t) ~fooinv。比较foo == (uint8_t) ~fooinv 产生真（一）。

【讨论】：

【解决方案2】：

问题是在这些表达式中

valid = (foo == ~fooinv) && valid;
valid = (bar == ~barinv) && valid;

使用整数提升将像这样的操作数~fooinv 转换为类型int。所以实际上你正在处理值 = 0xFFFFFF40。

来自 C 标准（6.5.3.3 一元算术运算符）

4 ~ 运算符的结果是它的按位补码（提升）操作数（即，结果中的每一位都被设置当且仅如果未设置转换后的操作数中的相应位）。这对操作数执行整数提升, 结果有提升的类型。如果提升的类型是无符号类型，则表达式 ~E 等价于可表示的最大值键入减 E。

所以要得到预期的结果，你应该写
valid = (foo == ( uint8_t  )~fooinv) && valid;
valid = (bar == ( uint8_t  )~barinv) && valid;

【讨论】：