2^32 - 1 不是 uint32_t 的一部分？答案

【问题标题】：2^32 - 1 not part of uint32_t?2^32 - 1 不是 uint32_t 的一部分？
【发布时间】：2016-09-23 18:03:59
【问题描述】：

这是编译输出让我哭的程序：

#include <inttypes.h>

int main()
{
        uint32_t limit = (1 << 32) - 1; // 2^32 - 1 right?
}

这是编译输出：

~/workspace/CCode$ gcc uint32.c 
uint32.c: In function ‘main’:
uint32.c:5:29: warning: left shift count >= width of type [-Wshift-count-overflow]
         uint32_t limit = (1 << 32) - 1; // 2^32 - 1 right?

我认为(1 << 32) - 1 等于 2^32 - 1 并且 32 位上的无符号整数范围从 0 到 2^32 - 1，不是吗？我哪里做错了？

【问题讨论】：

对于 32 位 int，2^32 - 1 将适合（无符号）...问题是，2^32 不会，它是您计算 2^32- 表达式的一部分1 与。但是，由于其他原因，您最终可能会得到正确的答案，因为 uint32_t 将以 2^32 为模。
为什么不只是0xFFFFFFFF？
@jxh 1ULL
ULL 后缀表示常量属于unsigned long long。
@Simonlbc 这是一个unsigned long long 字面量，至少有 64 位宽。

标签： c uint32

【解决方案1】：

警告是正确的，32 位数字中的最高位是第 31 位（索引为 0），因此溢出前的最大移位是1 << 30（30 因为符号位）。即使您在某些时候执行-1，也必须存储1 << 32 的结果并将其存储在int 中（在这种情况下恰好是32 位）。因此，您会收到警告。

如果您真的需要获得32 bit unsigned int 的最大值，您应该以简洁的方式进行：

#include <stdint.h>

uint32_t limit = UINT32_MAX;

或者更好的是，使用 c++ 限制标头：

#include <limits>
auto limit = std::numeric_limits<uint32_t>::max();

【讨论】：

1 << 31 也是未定义的行为（转移到符号位）
... 除非int 大于 32 位。

【解决方案2】：

你有两个错误：

1 的类型为 int，因此您将初始值计算为 int，而不是 uint32_t。
正如警告所说，移位运算符的移位参数必须小于类型的宽度。 1 << 32 是未定义的行为，如果 int 是 32 位或更少。 (uint32_t)1 << 32 也将是未定义的。

（另外，请注意 1 << 31 也将是未定义的行为，如果 int 是 32 位，因为溢出）

由于算术无论如何都是以 2^32 为模完成的，因此更简单的方法就是

uint32_t x = -1;
uint32_t y = (uint32_t)0 - 1; // this way avoids compiler warnings

【讨论】：

这在我看来像 C++！
是 1 in -1 类型转换为 uint32_t 吗？为什么效果很好？
@Simonlbc：整数提升规则保证计算将以足够大的有符号整数类型执行，以表示uint32_t 的每个元素，或者如果没有这样的东西，在uint32_t本身。无论哪种方式，最终结果都是一个定义明确的数字，相当于-1 模2^32。如果您愿意，也可以将 1 转换为 uint32_t 也没有什么坏处。
@Simonlbc 它使用模 2^32 算术。你也可以只做uint32_t x = -1;，这是完全合法的（假设实现了uint32_t），尽管有些编译器可能会发出警告。
对；我做0-1 是为了让编译器放心；如果您愿意忍受警告或决定不启用该警告，您可以直接执行-1...但我更喜欢启用警告并进行无警告构建。

【解决方案3】：

编译器在尝试计算目标常量时在您的示例中内部使用 int。想象一下，rhe 编译器没有任何优化可用，而是为您的班次生成汇编程序。对于 32 位 int 移位指令来说，数字 32 太大了。

另外，如果您想设置所有位，请使用 ~0

【讨论】：

~0u 更适合位摆弄，特别是考虑到 OP 想要无符号结果。
具体来说，OP 想要一个具有最大值的 uint32_t 结果，所以如果编译器的 unsigned int 小于 32 位宽，即使 ~0u 也是错误的。