对布尔值使用按位非运算符 (~) 会调用未定义行为吗？答案

【问题标题】：Does using bitwise not operator (~) on boolean values invoke Undefined Behavior?对布尔值使用按位非运算符 (~) 会调用未定义行为吗？
【发布时间】：2015-04-01 23:06:18
【问题描述】：

如果 C++ 程序将按位非运算符 (~) 应用于布尔值，是否会调用未定义行为？

例如以下程序是否定义明确？

bool f = false;
bool f2 = ~f;    // is f2 guaranteed to be true, or is this UB?
bool t = true;
bool t2 = ~t;    // is t2 guaranteed to be false, or is this UB?

（是的，我知道有一个更适合这类事情的 ! 运算符；出于这个问题的目的，我们将忽略它的存在；））

【问题讨论】：

我猜~ 在做任何事情之前将参数提升为int，所以~0 将转换为true。不看就不能百分百确定。
@chris，你是对的。
是 UB 做bool b = 13; [或类似的事情]？
@MatsPetersson：不，int 值 13 隐式转换为 bool，产生 true。

标签： c++ bit-manipulation language-lawyer undefined-behavior

【解决方案1】：

5.3.1/10 ~ 的操作数应为整数或无范围枚举类型；结果是其操作数的反码。 进行了整体促销。 [强调我的]

4.5/6bool 类型的纯右值可以转换为int 类型的纯右值，false 变为 0，true 变为 1。

4.5/7这些转化称为整体促销。

所以~false 是一个int，其位模式由全1 组成 - 表示0 的位模式的补码，即全零（根据3.9.1/7 的要求。 ) 同样，~true 是一个 int，它是 1 的位表示的反码 - 即所有最低有效位为零的位。这两个值都将在布尔上下文中计算为 true。

【讨论】：

@MattMcNabb 这个标准在哪里说的？我实际上是在寻找那个措辞，但遗憾的是失败了。 C99 6.2.6.2 中有这样的措辞——也许可以说这个措辞通过引用被纳入 C++ 标准，但这听起来像是一个非常弱的论点。我错过了什么明显的东西吗？
@MattMcNabb 啊，对。 “纯二进制计数系统”是我忘记的艺术术语。让我更新答案。
我想有一点空间可以争论负零可能是 0 的替代表示，在一个补码中
@MattMcNabb C99 至少限制了如何产生负零（基本上，仅通过位旋转）。只写0 或(int)false 不应该这样做。但是是的，C++ 标准没有任何类似的措辞。

【解决方案2】：

算术运算符对其操作数执行整数提升。特别是 [expr.unary.op]/9 表示 ~ 也会发生这种情况。

所以~t 与~1 相同。这给出了一个有效的非零整数。

整数到布尔的转换由 [conv.bool] 定义：

将零值、空指针值或空成员指针值转换为false；任何其他值都转换为 true

所以bool t2 = ~t; 产生t2 == true。没有未定义的行为。

~f 与~0 相同。在 2 的补码中，~0 给出 -1，所以我们将有 f2 == true。

_{在 1 的补码中——如果曾经有一个 C++ 系统使用 1 的补码——那么~0 的效果就不清楚了。}

【讨论】：

【解决方案3】：

bool t = true;
bool t2 = ~t;    // is t2 guaranteed to be false, or is this UB?

我想这是不能保证的，看看如何

  bool b = true;
  bool b1 = ~b;
  cout << b1;

输出一个“真”

我想它与布尔表示有关......如果它是一个字节，那么00000001 将否定11111110 这不是零。促销也可能在发挥作用，但它的调子是一样的。

这里的关键是它是“按位”而不是“逻辑”。因此，除非布尔表示是单个位，否则不应期望两者匹配。

易于完全定义的行为。

【讨论】：