切换数据类型 int 的第 100 位会产生意想不到的结果

Question

以下代码只要求输入一个数字num，然后输入该数字的一点tbit 来切换/反转，然后打印新数字ans。

在 debian 9 上使用带有 gcc 编译器版本 6.3.0 20170516 的 Geany，当我执行以下代码时，我得到的答案 ans 为 6，当我预计编译器或运行时错误告诉我我退出时界限之类的。

使用这个版本的 gcc，sizeof(int) 返回四个字节或 32 位。当我尝试切换第 100 位时，ans=6 发生了什么？

示例输入：

Enter a number : 22
Enter the bit you want to toggle : 100

输出：

The number you entered is 22
after toggling the 100 bit
the new number is 6.`

代码：

#include <stdio.h>

int main ()
{
 int num, tbit, tool = 1, ans; 

printf(Enter a number :"); 
scanf("%d", &num); 

printf(Enter the bit you want to toggle :");
scanf("%d", &tbit);

ans = (tool<<tbit) ^ num; 

printf("The number you entered is %d after toggling the %d bit the new 
number is %d\n" , num, tbit, ans);

return 0;
}

Answer 1

C 没有“运行时错误”之类的东西。在表达式x<<n 中，如果n 的值超过x 的（提升的）类型的宽度，或者如果类型已签名并且结果会溢出，则行为未定义。这意味着该语言对发生的事情没有任何要求，这可能是一些奇怪和意想不到的事情。

相关文字为6.5.7 移位运算符，¶3:

对每个操作数执行整数提升。结果的类型是提升的左操作数的类型。如果右操作数的值为负数或大于或等于提升的左操作数的宽度，则行为未定义。

Answer 2

根据C语言标准，行为是未定义的：

6.5.7.3：如果右操作数的值为负数或为 大于或等于提升的左操作数的宽度，则行为未定义。

在每种特定情况下发生的情况取决于硬件，因此任何依赖它的程序都是无效的。在您的情况下，硬件似乎截断了tbit 的高位，就好像代码如下：

ans = (tool<< (tbit & 0x1F)) ^ num; 

这是 X86 CPU 常见的行为：

英特尔的手册] 指出，当cnt 大于操作数大小时，结果未定义，但至少对于 32 位和 64 位数据大小，已观察到移位操作由(cnt mod n) 执行， n 是数据大小 (source)。