无符号位域值与有符号值的比较

Question

在编写代码时，我在代码中观察到一件事，它与位域值与负整数的比较有关。

我有一个大小为一位的无符号结构成员和一个无符号整数。当我将负值与 unsigned int 变量进行比较时，我得到预期结果为 1，但是当我将结构成员与负值进行比较时，我得到相反的结果为 0。

#include <stdio.h>
struct S0
{
   unsigned int bit : 1;
};
struct S0 s;

int main (void) 
{
   int negVal = -3;
   unsigned int p = 123;
   printf ("%d\n", (negVal > p)); /*Result as 1 */
   printf ("%d\n", (negVal > s.bit));/*Result as 0 but expected 1 */
   return 0;
}

我的疑问是，如果我将负值与 unsigned int 进行比较，那么就会发生平衡（隐式类型转换）。但是，如果我比较 unsigned int 的结构成员，为什么没有发生隐式类型转换。如果我错过了位域的任何基础知识，请纠正我？

Answer 1

为了说明，以下使用 32 位 int 和 32 位 unsigned int。

在negVal > p:

• negVal 是一个 int，值为 -3。
• p 是一个 unsigned int，值为 123。
• C 2018 6.5.8 3 讨论了> 和其他关系运算符，告诉我们通常的算术转换是在操作数上执行的。
• 6.3.1.8 1 定义了通常的算术转换。对于整数类型，通常算术转换的第一步是对每个操作数执行整数提升。
• 6.3.1.1 2 定义整数提升。 int、unsigned int 和比这些更宽的整数类型保持不变。对于其他整数类型，它表示：“如果int 可以表示原始类型的所有值（受宽度限制，对于位域），则该值将转换为int；否则，它将被转换为unsigned int。”
• 由于negVal 是int，因此整数提升不会改变它。
• 由于p 是unsigned int，因此整数提升不会改变它。
• 通常算术转换的下一步是将一个操作数转换为另一个操作数的类型。对于int 和unsigned int，int 将转换为unsigned int。
• 将int -3 转换为unsigned int 得到4,294,967,293。 （转换定义为将UINT_MAX + 1（即 4,294,967,296）加到或减去该值所需的次数以使其进入范围。这相当于“包装”模 4,294,967,296 或重新解释 -3 的二进制补码表示作为unsigned int。）
• 转换后，表达式negVal > p 变为4294967293u > 123u。
• 这个比较是真的，所以结果是1。

在negVal > s.bit:

• negVal 是一个 int，值为 -3。
• s.bit 是一个值为 0 的一位位域。
• 如上所述，通常的算术转换是在操作数上执行的。
• 如上所述，通常算术转换的第一步是对每个操作数执行整数提升。
• 由于negVal 是int，因此整数提升不会改变它。
• 由于s.bit 是一个比int 窄的位域，它将通过整数提升进行转换。这个一位位域可以表示 0 或 1。这两者都可以用 int 表示，因此规则“如果 int 可以表示原始类型的所有值（受宽度限制） ，对于位字段），该值将转换为 int” 适用。
• 将 0 转换为 int 得到 0。
• 通常算术转换的下一步是将一个操作数转换为另一个操作数的类型。由于两个操作数现在都是int，因此不需要转换。
• 转换后，表达式negVal > s.bit 变为-3 > 0。
• 这个比较是假的，所以结果是0。

Answer 2

（移动我的评论作为答案）

gcc 将 s.bit 提升为 int，因此 (negVal > s.bit) 将 (-3 > 0) 赋值为 0

请参阅Should bit-fields less than int in size be the subject of integral promotion?，但您的问题不是重复的。

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(negVal > p) 返回 1，因为 negVal 被提升为 unsigned 产生大值，请参阅 Signed/unsigned comparisons