x ^= x & -x;其中 x 是无符号整数调用 UB？答案

【问题标题】：Does x ^= x & -x; where x is an unsigned integer invoke UB?x ^= x & -x;其中 x 是无符号整数调用 UB？
【发布时间】：2020-11-18 18:42:14
【问题描述】：

由于- 运算符应用于x（即unsigned），此函数是否会调用未定义的行为？我搜索了标准，找不到解释。

unsigned foo(unsigned x)
{
    return x ^= x & -x;
}

IMO 是的。

编辑

void func(unsigned x) 
{
    printf("%x", -x);
}

int main(void)
{
    func(INT_MIN);
}

IMO唯一的解释是它被提升为更大的有符号整数大小，然后转换为无符号。

如果提升为更大的整数大小，如果没有更大的有符号整数类型会怎样？

【问题讨论】：

评论不用于扩展讨论；这个对话是moved to chat。

标签： c language-lawyer

【解决方案1】：

这个表达式的行为是明确定义的。

允许使用类似于x = x + 1 的构造，因为在计算所有其他子表达式之前不会为x 分配值。在这种情况下也是如此。

-x 也没有问题，因为表达式具有无符号类型，因此具有明确定义的环绕行为而不是溢出。

C standard 的第 6.5.3.3p3 节关于一元 - 运算符指出：

一元- 运算符的结果是其（提升的）操作数的负数。对操作数执行整数提升，结果具有提升的类型。

因此，由于没有发生提升，因此类型在整个表达式中保持为unsigned。尽管标准中没有明确说明，-x 实际上与0 - x 相同。

对于INT_MIN被传递给这个函数的具体情况，它的类型是int，并且在unsigned的范围之外，所以它在传递给函数时会被转换。这导致有符号值 -2,147,483,648 被转换为无符号值 2,147,483,648（在二进制补码中恰好具有相同的表示，即 0x80000000）。然后当 -x 被计算时，它会环绕产生 2,147,483,648。

【讨论】：

我 100% 不相信，尤其是对于我问题中的最后一个案例。还是非常感谢。顺便说一句，这是我的个人记录-8。仍然明白为什么它如此激进地被 DV-ted。
@P__JsupportswomeninPoland 因为INT_MIN 的类型为int，所以不会进行促销，将其传递给函数会导致转换为unsigned int。

【解决方案2】：

6.2.5 类型
...
9 有符号整数类型的非负值范围是对应的无符号整数类型，以及每个中相同值的表示类型相同。⁴¹⁾涉及无符号操作数的计算永远不会溢出，因为无法由生成的无符号整数类型表示的结果是以比最大值大一的数字为模减少由结果类型表示。
^{41) 相同的表示和对齐要求意味着可互换性
函数的参数、函数的返回值以及联合的成员。}
...
6.3 转换
...
6.3.1.3 有符号和无符号整数

1 当整数类型的值转换为_Bool以外的其他整数类型时，如果该值可以用新类型表示，它是不变的。

2 否则，如果新类型是无符号的，则通过反复加或比新类型可以表示的最大值多减一直到值在新类型的范围内。⁶⁰⁾

3 否则，新类型是有符号的，值不能在其中表示；无论是结果是实现定义的或引发了实现定义的信号。
^{60) 规则描述的是数学值的算术运算，而不是给定类型表达式的值}
...
6.3.1.8 常用算术转换
...
否则，如果具有无符号整数类型的操作数的秩大于或等于另一个操作数的类型的等级，然后 操作数与有符号整数类型转换为无符号操作数的类型整数类型。

简而言之 - -x 不会导致未定义的行为。表达式的结果仍然是无符号的，它只是映射到一个定义明确的非负值。

【讨论】：