负零上的 C 标准（1 的补码和有符号幅度）

Question

所有这些功能在我的机器上都给出了预期的结果。他们都在其他平台上工作吗？

更具体地说，如果 x 在 1 的补码机器上具有位表示 0xffffffff 或在有符号幅度机器上具有 0x80000000，那么标准对 (unsigned)x 的表示有何规定？

另外，我认为 v2、v2a、v3、v4 中的（无符号）强制转换是多余的。这是正确的吗？

假设 sizeof(int) = 4 和 CHAR_BIT = 8

int logicalrightshift_v1 (int x, int n) {

    return (unsigned)x >> n;
}

int logicalrightshift_v2 (int x, int n) {

    int msb = 0x4000000 << 1;
    return ((x & 0x7fffffff) >> n) | (x & msb ? (unsigned)0x80000000 >> n : 0);
}

int logicalrightshift_v2a (int x, int n) {

    return ((x & 0x7fffffff) >> n) | (x & (unsigned)0x80000000 ? (unsigned)0x80000000 >> n : 0);
}

int logicalrightshift_v3 (int x, int n) {

    return ((x & 0x7fffffff) >> n) | (x < 0 ? (unsigned)0x80000000 >> n : 0);
}

int logicalrightshift_v4 (int x, int n) {

    return ((x & 0x7fffffff) >> n) | (((unsigned)x & 0x80000000) >> n);
}

int logicalrightshift_v5 (int x, int n) {

    unsigned y;
    *(int *)&y = x;
    y >>= n;
    *(unsigned *)&x = y;
    return x;
}

int logicalrightshift_v6 (int x, int n) {

    unsigned y;
    memcpy (&y, &x, sizeof (x));
    y >>= n;
    memcpy (&x, &y, sizeof (x));
    return x;
}

Answer 1

如果 x 在 1 上具有位表示 0xffffffff 补充机器或 0x80000000 在有符号幅度机器上什么 标准是否说明了 (unsigned)x 的表示？

到unsigned 的转换是根据值 指定的，而不是表示形式。如果您将-1 转换为unsigned，您总是 得到UINT_MAX（所以如果您的unsigned 是32 位，您总是得到4294967295）。无论您的实现使用何种符号数字表示，都会发生这种情况。

同样，如果您将-0 转换为unsigned，那么您总是得到0。 -0 在数值上等于 0。

请注意，支持负零不需要一个补码或符号幅度实现；如果没有，那么访问这样的表示会导致程序具有未定义的行为。

逐一检查你的函数：

int logicalrightshift_v1(int x, int n)
{
    return (unsigned)x >> n;
}

对于x 的负值，此函数的结果将取决于UINT_MAX，如果(unsigned)x >> n 不在int 的范围内，则将进一步由实现定义。例如，logicalrightshift_v1(-1, 1) 将返回值 UINT_MAX / 2，而不管机器对有符号数字使用什么表示。

int logicalrightshift_v2(int x, int n)
{
    int msb = 0x4000000 << 1;
    return ((x & 0x7fffffff) >> n) | (x & msb ? (unsigned)0x80000000 >> n : 0);
}

几乎所有关于此的内容都可以由实现定义。假设您尝试在 msb 中创建一个值，符号位为 1，值位为 0，您不能通过使用移位来实现此操作 - 您可以使用 ~INT_MAX，但允许未定义在不允许负零的符号幅度机器上的行为，并允许在二进制补码机器上给出实现定义的结果。

0x7fffffff 和 0x80000000 的类型将取决于各种类型的范围，这将影响此表达式中其他值的提升方式。

int logicalrightshift_v2a(int x, int n)
{
    return ((x & 0x7fffffff) >> n) | (x & (unsigned)0x80000000 ? (unsigned)0x80000000 >> n : 0);
}

如果您创建的unsigned 值不在int 的范围内（例如，给定32 位int，值> 0x7fffffff），则return 语句中的隐式转换会产生一个实现-定义的值。这同样适用于 v3 和 v4。

int logicalrightshift_v5(int x, int n)
{
    unsigned y;
    *(int *)&y = x;
    y >>= n;
    *(unsigned *)&x = y;
    return x;
}

这仍然是实现定义的，因为未指定int 表示中的符号位是否对应于unsigned 表示中的值位或填充位。如果它对应于一个填充位，它可能是一个陷阱表示，在这种情况下，行为是未定义的。

int logicalrightshift_v6(int x, int n)
{
    unsigned y;
    memcpy (&y, &x, sizeof (x));
    y >>= n;
    memcpy (&x, &y, sizeof (x));
    return x;
}

适用于 v5 的相同 cmets 也适用于此。

另外，我认为 v2、v2a、v3、v4 中的（无符号）强制转换是多余的。是 这个对吗？

这取决于。作为一个十六进制常量，0x80000000 将具有类型int，如果该值在int 的范围内；否则unsigned 如果该值在unsigned 的范围内；否则long 如果该值在long 的范围内；否则unsigned long（因为该值在unsigned long 的最小允许范围内）。

如果您希望确保它具有无符号类型，则在常量后面加上U，到0x80000000U。

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总结：

1. 将大于 INT_MAX 的数字转换为 int 会给出实现定义的结果（或者实际上，允许引发实现定义的信号）。

2. 将超出范围的数字转换为unsigned 是通过重复加或减UINT_MAX + 1 完成的，这意味着它取决于数学值，而不是表示。

3. 将否定的int 表示检查为unsigned 是不可移植的（不过，肯定的int 表示是可以的）。

4. 通过使用按位运算符生成负零并尝试使用结果值是不可移植的。

如果您想要“逻辑转换”，那么您应该在任何地方都使用无符号类型。有符号类型旨在处理值是重要的算法，而不是表示。

Answer 2

如果您遵循这个词的标准，那么这些都不能保证在所有平台上都是相同的。

在 v5 中，您违反了严格别名，这是未定义的行为。

在 v2 - v4 中，您已经签署了右移，这是实现定义的。 （详情见 cmets）

在 v1 中，您已签署无符号强制转换，这是在数字超出范围时定义的实现。

编辑：

考虑到以下假设，

v6 可能确实有效：

• 'int' 是 2 或 1 的补码。
• unsigned 和 int 的大小完全相同（字节和位都一样，并且是密集打包的）。
• unsigned 的字节序与int 的字节序一致。
• 填充和位布局相同：（有关详细信息，请参阅 caf 的评论。）