否定 size_t（即 `-sizeof(struct foo)`)）会发生什么？

Question

我正在处理一些包含表单表达式的代码

-(sizeof(struct foo))

即size_t 的否定，我不清楚 C 和 C++ 标准对编译器的要求是什么。具体来说，从这里和其他地方环顾四周，sizeof 返回一个 size_t 类型的无符号整数值。在否定无符号整数时，我找不到任何明确的指定行为参考。有没有，如果有，是什么？

编辑：好的，所以关于无符号类型的算术有一些很好的答案，但不清楚这实际上是否如此。当这否定时，它是对无符号整数进行操作，还是转换为有符号类型并对其进行处理？从标准中期望的行为“想象它是相似幅度的负数，然后对无符号值应用'溢出'规则”？

Answer 1

ISO C 和 ISO C++ 标准都保证无符号算术是模 2ⁿ - 即，对于任何上溢或下溢，它都会“回绕”。对于 ISO C++，这是 3.9.1[basic.fundamental]/4：

声明为unsigned 的无符号整数应遵守算术模2ⁿ 的定律，其中n 是该特定大小的值表示中的位数整数。⁴¹

...

41) 这意味着无符号算术不会溢出，因为结果不能由生成的无符号整数表示 type 以比得到的无符号整数可以表示的最大值大一的数字为模减少 输入。

对于 ISO C(99)，它是 6.2.5/9：

涉及无符号操作数的计算永远不会溢出，因为无法由生成的无符号整数类型表示的结果会以比结果类型可以表示的最大值大一的数字为模减少。

这意味着结果保证与SIZE_MAX - (sizeof(struct foo)) + 1相同。

---

在 ISO 14882:2003 5.3.1.7 中：

[...] 无符号的负数 数量是通过减去来计算的 它的值来自 2ⁿ，其中 n 是中的位数 提升的操作数。的类型 结果是提升的类型 操作数。

Answer 2

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/wxxx8d2t%28VS.80%29.aspx

无符号数量的一元否定 通过减去值来执行 来自 2ⁿ 的操作数，其中 n 是 对象中的位数 给定无符号类型。 （微软 C++ 在处理器上运行，利用 补码算法。在其他 处理器，求反算法 可以不同。）

换句话说，确切的行为将是特定于架构的。如果我是你，我会避免使用这种奇怪的结构。

Answer 3

取反无符号数对于在整个字中传播 lsb 以形成后续按位运算的掩码很有用。

Answer 4

我唯一能想到的就是错得让人头疼……

size_t size_of_stuff = sizeof(stuff);

if(I want to subtract the size)
    size_of_stuff = -sizeof(stuff);

size_t total_size = size_of_stuff + other_sizes;

溢出是一个特性！

Answer 5

来自current C++ draft standard，第 5.3.1 节第 8 句：

一元- 运算符的操作数应具有算术或枚举类型，结果是其操作数的否定。对整数或枚举操作数执行整数提升。无符号量的负数是通过从 2ⁿ 中减去其值来计算的，其中 n 是提升的操作数中的位数。结果的类型是提升操作数的类型。

所以结果表达式仍然是无符号的，并按照描述计算。

用户@outis 在评论中提到了这一点，但我将把它放在答案中，因为 outis 没有。如果 outis 回来回答，我会接受。

Answer 6

size_t 是实现定义的无符号整数类型。

否定size_t 值可能会为您提供size_t 类型的结果，具有通常的无符号模数行为。例如，假设 size_t 为 32 位且 sizeof(struct foo) == 4，则 -sizeof(struct foo) == 4294967292 或 2³²-4。

除了一件事：一元 - 运算符应用 integer Promotions (C) 或 integral Promotions (C++)（它们本质上是相同的）到它的操作数。如果size_t 至少和int 一样宽，那么这个提升什么也不做，结果是size_t 类型。但是如果int 比size_t 宽，所以INT_MAX >= SIZE_MAX，那么- 的操作数从size_t 被“提升”到int。在这种不太可能的情况下，-sizeof(struct foo) == -4。

如果您将该值分配回size_t 对象，那么它将被转换回size_t，从而产生您期望的SIZE_MAX-4 值。但是如果没有这样的转换，你会得到一些令人惊讶的结果。

现在我从未听说过size_t 比int 更窄的实现，所以您不太可能遇到这种情况。但这里有一个测试用例，使用unsigned short 作为假设的窄size_t 类型的替代，它说明了潜在的问题：

#include <iostream>
int main() {
    typedef unsigned short tiny_size_t;
    struct foo { char data[4]; };
    tiny_size_t sizeof_foo = sizeof (foo);
    std::cout << "sizeof (foo) = " << sizeof (foo) << "\n";
    std::cout << "-sizeof (foo) = " << -sizeof (foo) << "\n";
    std::cout << "sizeof_foo = " << sizeof_foo << "\n";
    std::cout << "-sizeof_foo = " << -sizeof_foo << "\n";
}

我的系统（有 16 位 short、32 位 int 和 64 位 size_t）上的输出是：

sizeof (foo) = 4
-sizeof (foo) = 18446744073709551612
sizeof_foo = 4
-sizeof_foo = -4