使用 gcc 的按位移位的意外行为

Question

我有一个这样的测试程序：

int main()
{
    unsigned n = 32;

    printf("ans << 32 = 0x%X\n", (~0x0U) << 32);
    printf("ans >> 32 = 0x%X\n", (~0x0U) >> 32);

    printf("ans << n(32) = 0x%X\n", (~0x0U) << n);
    printf("ans >> n(32) = 0x%X\n", (~0x0U) >> n);

    return 0;
}  

它产生以下输出：

ans << 32 = 0x0  ... (1)  
ans >> 32 = 0x0  ... (2)  
ans << n(32) = 0xFFFFFFFF  ... (3)  
ans >> n(32) = 0xFFFFFFFF  ... (4)   

我期望 (1) 和 (3) 相同，以及 (2) 和 (4) 相同。

使用 gcc 版本：gcc.real (Ubuntu 4.4.1-4ubuntu9) 4.4.1

发生了什么？

Answer 1

根据C standard，第 6.5.7.3 节，按类型大小移动是未定义的行为：

6.5.7 移位运算符
(...) 如果值 右操作数为负数或大于或等于宽度 对于提升的左操作数，行为未定义。

你的编译器应该警告你：

$ gcc shift.c -o shift -Wall
shift.c: In function ‘main’:
shift.c:5:5: warning: left shift count >= width of type [enabled by default]
shift.c:6:5: warning: right shift count >= width of type [enabled by default]

如果您查看正在生成的assembler code gcc，您会发现它实际上是在编译时计算前两个结果。简化：

main:
    movl    $0, %esi
    call    printf

    movl    $0, %esi
    call    printf

    movl    -4(%rbp), %ecx  ; -4(%rbp) is n
    movl    $-1, %esi
    sall    %cl, %esi       ; This ignores all but the 5 lowest bits of %cl/%ecx
    call    printf

    movl    -4(%rbp), %ecx
    movl    $-1, %esi
    shrl    %cl, %esi
    call    printf