无符号整数会升级为有符号吗？表达式的类型是什么 (uint16_t)-1 * (uint16_t)-1答案

【问题标题】：Do unsigned integers get promoted to signed? What is the type of expression (uint16_t)-1 * (uint16_t)-1无符号整数会升级为有符号吗？表达式的类型是什么 (uint16_t)-1 * (uint16_t)-1
【发布时间】：2020-10-30 10:58:39
【问题描述】：

uint32_t 和 uint64_t 的结果是预期的，但 uint8_t 和 uint16_t 的促销活动很奇怪。在 c++14/c++17、gcc 和 clang、64 位 linux 上测试，sizeof(int) == 4。

#include <cstdint>    
using namespace std;

static_assert( uint8_t(-1)*uint8_t(-1) == 0xfe01);  // OK, but why not 1?
static_assert( uint8_t(-1)*uint8_t(-1) == 1);       // error: static assertion failed
static_assert( uint16_t(-1)*uint16_t(-1) == 1);     // error: static_assert expression is not an integral constant expression
static_assert( uint32_t(-1)*uint32_t(-1) == 1);     // OK
static_assert( uint64_t(-1)*uint64_t(-1) == 1);     // OK

以下情况下std::uint16_t是否提升为int？

static_assert( uint16_t(-1)*uint16_t(-1) == uint16_t(uint16_t(-1)*uint16_t(-1)));

编译器消息是：

error: static_assert expression is not an integral constant expression
static_assert( uint16_t(-1)*uint16_t(-1) == uint16_t(uint16_t(-1)*uint16_t(-1)));

note: value 4294836225 is outside the range of representable values of type 'int'
static_assert( uint16_t(-1)*uint16_t(-1) == uint16_t(uint16_t(-1)*uint16_t(-1)));

更有趣的是，std::uint8_t 的相同断言是正确的，但失败：

static_assert( uint8_t(-1)*uint8_t(-1) == uint8_t(uint8_t(-1)*uint8_t(-1)));  //error: static_assert failed
static_assert( uint8_t(-1)*uint8_t(-1) == 0xfe01);  // does not fail

所以看起来uint8_t 被提升为uint16_t，但uint16_t 被提升为已签名 int。 uint32_t 未被提升 uint64_t。

任何人都可以告诉我为什么要进行这些促销，是在标准中指定的，还是在不同的实现中可能有所不同？

【问题讨论】：

将-1 转换为任何无符号整数类型会给出该类型可以表示的最大值。无法以无符号类型表示值 -1。

标签： c++ unsigned integer-promotion

【解决方案1】：

看起来uint8_t 被提升为uint16_t，但uint16_t 被提升为有符号整数。 uint32_t 未被提升 uint64_t。

不，这是不正确的。只有比 int 窄的类型才会被提升为 int，因此如果 int 超过 16 位，那么 uint8_t 和 uint16_t 都会被提升为 int。

在uint8_t(-1)*uint8_t(-1)的情况下，相当于0xFF*0xFF，结果为0xFE01

OTOH uint16_t(-1)*uint16_t(-1) 与 0xFFFF*0xFFFF 相同，导致 0xFFFE0001 = 4294836225 并且超出 int 的范围。并且有符号溢出是未定义的行为

【讨论】：

那么为什么 uint8_t(-1)*uint8_t(-1) == 0xfe01，而不是 0xfffffe01（32 位）？
@user2622016 uint8_t(-1) 是 0xFF，0xFF*0xFF 完全在 int 的范围内。那里没有发生溢出。 uint8_t(0xFF) 零扩展为 int(0xFF) 而不是符号扩展，因为它是无符号类型
你知道如何抑制提升为有符号整数，并将其提升为无符号整数吗？我希望 uint16_t 乘法的结果为无符号类型，因此在每个架构上都没有 UB，即使 sizeof(int) == 2 或 sizeof(int)==8。
好的，我明白了。我需要在两者之间显式转换为无符号以抑制转换为有符号整数： uint16_t(unsigned(uint16_t(-1))*unsigned(uint16_t(-1))) == 1
Do you know how to suppress the promotion to signed int 使用unsigned。不是无符号类型，而是unsigned(uint16_t(-1))。 IE。将值显式转换为等级大于或等于int 的类型。 static_assert(uint16_t(unsigned(uint16_t(-1))*unsigned(uint16_t(-1))) == 1);

【解决方案2】：

无符号整数会升级为有符号整数吗？

这取决于操作数相对于int 的大小。但是，是的，这是典型的。

static_assert( uint8_t(-1)*uint8_t(-1) == 0xfe01);  // OK, but why not 1?

它不是 1，因为 uint8_t(-1) 是 255 而 255*255 是 65025。在具有 32 位 int 的系统上，这在可表示的值范围内。

所以看起来 uint8_t 被提升为 uint16_t

没有。促销总是发生在int 或更高级别的整数上。在int 是 16 位的系统上，uint8_t 可以提升为 16 位类型，但由于 uint8_t 的所有值都可以由带符号的 int 表示，这将是提升的结果。

在不同的实现上会有所不同吗？

不同语言实现的可表示值范围不同，这会影响提升的类型。

是否在标准中指定

是的。

你知道如何抑制提升为有符号整数，并将其提升为无符号整数吗？

不，无法更改促销活动。但是您可以将值显式转换为所需的类型，这样就不会进行提升。

【讨论】：

谢谢！我选择了：uint16_t(unsigned(uint16_t(0xFFFF))*unsigned(uint16_t(0x8001)))。没有UB，结果是uint16_t。

【解决方案3】：

算术运算符不接受小于int 的类型作为参数。
对于较小的参数，将应用积分提升到 int。

这是结果不一致的原因：

当乘以小于int 的类型时，您将获得晋升，
在将较大的类型相乘时（如果它们相同）。

确切的规则太复杂了，无法在不出错的情况下进行总结，但在那些 CppReference 文章中有描述：

【讨论】：