算术右移给出虚假结果？

Question

我一定是疯了，但我机器上的gcc 4.7.3 给出了最荒谬的结果。这是我正在测试的确切代码：

#include <iostream>

using namespace std;

int main(){
  unsigned int b = 100000;
  cout << (b>>b) << endl;
  b = b >> b;
  cout << b << endl;
  b >>= b;
  cout << b << endl;
  return 0;
}

现在，任何自行右移的数字都应该得到 0（n/(2^n) == 0 带有 整数除法、n>1 和 正/无符号），但不知何故这是我的输出：

100000
100000
100000

我疯了吗？可能发生了什么？

Answer 1

在 C++ 中与在 C 中一样，移位仅限于移位值的大小（以位为单位）。例如，如果 unsigned int 是 32 位，则大于 31 的移位是未定义的。

在实践中，一个常见的结果是使用移位量的低5位，忽略高位；这是由于编译器生成的机器指令正是这样做的（例如 x86 上的 SHR）。

在这种情况下，移位值是100000（十进制），恰好是二进制的11000011010100000 - 低 5 位为零。因此，您实际上得到了 0 的转变。但是，您不应该依赖它；从技术上讲，您看到的是未定义的行为。

参考资料：

对于 C，N1570 第 6.5.7 节：

如果右操作数的值为负数或大于或 等于提升的左操作数的宽度，行为是 未定义。

对于 C++，N3690 第 5.8 节“[expr.shift]”：

如果右操作数为负数或更大，则行为未定义 大于或等于提升的左操作数的位长度。

N1570 是一个草案，与已发布的 ISO C11 标准几乎相同；自 1989 年 ANSI C 标准以来，此条款几乎相同。

N3690 是 C++ 标准的最新草案；我不确定它是否是最好的，但同样，这个子句没有改变。

Answer 2

如果您的移位大于左操作数的位长度，则您正在调用undefined behavior，draft C++ standard 部分 5.8 移位运算符 段落 1 说（ 强调我的）：

操作数应为整数或非范围枚举类型，并执行整数提升。结果的类型是提升的左操作数的类型。 如果右操作数为负数，或者大于或等于提升的左操作数的位长度，则行为未定义。

有趣的是，gcc 和 clang 可能 如果移位量为 literal：

cout << (b>> 100000) ;

或者如果b 是一个const，gcc 的警告如下：

warning: right shift count >= width of type [enabled by default]

正如 MSalters 在问题的 cmets 中指出的那样，我们甚至可能无法依赖此警告，因为这是 未定义的行为，这与关于 未定义的标准说明一致术语和定义部分中的行为：

注意：[...] 允许的未定义行为范围从完全忽略具有不可预测结果的情况，到在翻译或程序执行期间以环境特征的记录方式表现（有或没有发出诊断消息），终止翻译或执行（发出诊断消息）。 [...]

平台具体细节

对于示例代码中明显缺乏移位的潜在解释可能是因为在某些平台上，移位计数将被屏蔽为5 bits，例如在x86 架构上，我们可以请参阅 IA-32 架构兼容性 部分中的 Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual 部分 SAL/SAR/SHL/SHR-Shift 说：

8086 不屏蔽移位计数。但是，所有其他 IA-32 处理器（从 Intel 286 处理器开始）都会将移位计数屏蔽为 5 位，从而导致最大计数为 31。[...]