字符是否在 C 表达式中自动提升？答案

【问题标题】：Are chars automatically promoted in C expressions?字符是否在 C 表达式中自动提升？
【发布时间】：2015-11-29 18:04:54
【问题描述】：

我向我的一位同事发表了声明，内容是：

“在 C 表达式中，字符会自动提升为整数，这对性能来说很好，因为 CPU 在其自然字长下运行速度最快。

我相信由于 char 的等级，char 提升行为在标准中的某处进行了说明。

这是我得到的回复：

"字符不默认提升为整数。寄存器大小是 32 位的，但是可以将一行中的多个字节值打包成一个单个寄存器作为编译器实现。这并不总是预测性的。您唯一可以验证自动促销的时间是类型在未包裹时传递到调用堆栈结构，因为 C 标准正式需要 32 位值调用栈内存。大量CPU架构已经优化汇编要求非 32 位值，因此不能做出任何假设关于这种情况下的 CPU 或编译器。”

我不确定谁是对的，以及该相信什么。事实如何？

【问题讨论】：

因为 C 标准官方需要调用栈内存中的 32 位值谁说的？！
这种“C 标准正式需要调用堆栈内存中的 32 位值”的说法完全是 BS。 C标准没有提到位数。它甚至没有谈论堆栈。
您的同事似乎在使用“registry”这个词，而他的意思似乎是“注册”。注册表是 Windows 操作系统的一项功能，而不是 CPU。
@EugeneSh。事实上，C11 标准中根本没有出现字栈。
@RedAlert：chars 在传递给没有原型的函数、可变参数函数或具有char以外原型的函数时也会被转换：C11 草案标准，@ 987654323@.

标签： c++ c char int integer-promotion

【解决方案1】：

C 不需要堆栈或指定任何关于 32 位寄存器的内容。

整数提升的基本原理之一是CERT 所说：

执行整数提升是为了避免中间值溢出导致的算术错误。例如：

signed char cresult, c1, c2, c3;
c1 = 100;
c2 = 3;
c3 = 4;
cresult = c1 * c2 / c3;

请注意，并非所有运算符都会使其参数成为通常算术转换的主题，例如赋值运算符或强制转换运算符没有整数提升。

【讨论】：

【解决方案2】：

是的，具有多个chars 的表达式，例如加法等。（但不是逗号运算符之类的东西）和其他一些事情是在提升值上完成的（提升到int）。参见例如。 N3797, §4.5

关于你同事的说法，里面有很多错误的地方：

“注册表”（寄存器）的大小不是通常是 32 位，根本不是。
如果一个字节有8位，当然32位的寄存器可以容纳多个字节，
但这不相关，编译器不是它可能的原因。
这是什么“预测”？
关于标准和 32 位的位是完全错误的。
整数提升与struct无关
在标准中，没有“堆栈”。那个概念
在现实中使用堆栈不是强制性的（正如其他人所说）。
他说一切都需要 32 位，但作为 CPU
也可以处理其他尺寸，没有什么可以肯定的？现在呢？

...

【讨论】：

【解决方案3】：

字符在 C 表达式中自动提升为整数

是的，他们是。 C99 第 6.3.1.8 节，常用算术转换：

许多期望算术类型操作数的运算符会导致转换并产生结果以类似的方式键入。目的是确定操作数的通用实数类型和结果。对于指定的操作数，每个操作数都进行转换，不改变类型域，到对应的实类型是公共实类型的类型。除非另有明确说明，公共实类型也是对应的实类型结果，其类型域是操作数的类型域（如果它们相同），否则复杂。这种模式称为通常的算术转换：

首先，如果任一操作数对应的实数类型为 long double，则另一操作数在不改变类型域的情况下被转换为对应的实类型为 long double 的类型。

否则，如果任一操作数对应的实数类型为双精度，则另一操作数在不改变类型域的情况下被转换为一个类型对应的实数类型是double。

否则，如果任一操作数对应的实数类型为浮点数，则另一操作数在不改变类型域的情况下被转换为一个类型对应的真实类型是float.62)

否则，对两个操作数都执行整数提升。然后以下规则适用于提升的操作数：

如果两个操作数的类型相同，则无需进一步转换。

否则，如果两个操作数都具有有符号整数类型或都具有无符号整数类型，具有较小整数转换等级类型的操作数是转换为具有更高等级的操作数的类型。

否则，如果具有无符号整数类型的操作数的秩大于或等于另一个操作数的类型的等级，然后操作数与有符号整数类型转换为无符号操作数的类型整数类型。

否则，如果带符号整数类型的操作数的类型可以表示无符号整数类型的操作数类型的所有值，然后将无符号整数类型的操作数转换为带符号整数类型的操作数。

否则，两个操作数都转换为无符号整数类型对应带符号整数类型的操作数的类型。

第 6.3.1.1.2 节描述了整数提升：

以下内容可以用在表达式中，只要是 int 或 unsigned 可以使用 int：

具有整数类型的对象或表达式，其整数转换等级小于或等于 int 和无符号的等级诠释。

_Bool、int、signed int 或 unsigned int 类型的位域

如果一个 int 可以表示原始类型的所有值，则该值为转换为 int；否则，它将转换为无符号整数。这些被称为整数促销。所有其他类型均保持不变通过整数促销。

char 的等级小于或等于int 的等级，因此char 包含在此处。

（作为脚注，提到整数提升仅作为通常算术转换的一部分应用于某些参数表达式，应用于一元 +、- 和 ~ 的操作数，以及移位运算符的两个操作数）。

如 cmets 中所述，整数提升也在函数调用参数上执行。

【讨论】：

整数提升也在函数调用参数上执行。
赞成，但为了清楚起见，我认为您应该在 6.3.1.1 的引文中包含更多前面的文本：“以下内容可用于表达式中，只要可能是 int 或 unsigned int used: — 整数类型的对象或表达式，其整数转换等级小于或等于 int 和 unsigned int 的等级。" （包括前面定义的 char）
@mattnewport 是的，我同意提供一些背景信息很重要。没有介绍性文字，它看起来就像是凭空出现的。将其添加到我的答案中，感谢您的建议。

【解决方案4】：

从逻辑上讲，是的，所有操作都是在提升的值上执行的。然而，在 as-if 规则下，能够证明结果相同的编译器可以选择省略实际的提升。微不足道的if (ch==0) 需要将ch 提升为int，但实际上这根本不需要。当且仅ch 为零时，优化器可以很容易地看到(int)ch 为零。

因此，实际的 CPU 性能和不同的 CPU 风格对性能的影响比您想象的要小；就是优化器能否找到一套像样的指令。

【讨论】：