为什么 1 << 31 在 C++14 中改为实现定义？答案

【问题标题】：Why was 1 << 31 changed to be implementation-defined in C++14?为什么 1 << 31 在 C++14 中改为实现定义？
【发布时间】：2014-12-07 11:44:46
【问题描述】：

在 2014 年之前的所有 C 和 C++ 版本中，写作

1 << (CHAR_BIT * sizeof(int) - 1)

导致未定义的行为，因为左移被定义为等同于连续乘以2，并且这种移位导致有符号整数溢出：

E1 << E2 的结果是E1 左移E2 位位置；空出的位用零填充。 [...] 如果E1 具有带符号类型和非负值，并且E1 × 2^E2 在结果类型中是可表示的，那么这就是结果值；否则，行为未定义。

但在 C++14 中，<< 的文本已更改，但乘法却没有：

E1 << E2的值是E1左移E2位位置；空出的位用零填充。 [...] 否则，如果 E1 具有带符号类型和非负值，并且 E1 × 2^E2 可以表示为 对应的无符号类型结果类型，然后那个值，转换为结果类型，就是结果值；否则，行为未定义。

现在的行为与对有符号类型的超出范围分配相同，即由 [conv.integral]/3 涵盖：

如果目标类型是有符号的，如果它可以在目标类型（和位域宽度）中表示，则值不变；否则，值是实现定义的。

这意味着写1 << 31 仍然是不可移植的（在具有 32 位 int 的系统上）。那么为什么要在 C++14 中做出这种改变呢？

【问题讨论】：

+1 Howard Hinnant comments on this topic here，我记得这条评论的唯一原因是这条评论是我对 question 的灵感的一部分。
想象一下，如果他们只是简单地陈述了以下内容：“约束：提升后，左操作数 E1 应为无符号整数类型”。它将人类从数量惊人的与转变相关的微妙错误中拯救出来。

标签： c++ bit-shift c++14

【解决方案1】：

相关问题是CWG 1457，其中的理由是更改允许1 << 31 用于常量表达式：

5.8 [expr.shift] 第 2 段的当前措辞使其未定义通过以下方式创建给定类型的最负整数的行为将（有符号的）1 左移到符号位，即使这不是罕见地完成并且在大多数情况下都能正常工作（双补）架构：

...如果 E1 具有有符号类型和非负值，并且 E1 * 2^E2 是可以在结果类型中表示，那么这就是结果值；否则，行为未定义。

因此，这种技术不能在常量表达式中使用，这会破坏大量的代码。

常量表达式不能包含未定义的行为，这意味着在需要常量表达式的上下文中使用包含 UB 的表达式会使程序格式错误。 libstdc++ 的numeric_limits::min，例如once failed to compile in clang 就是因为这个原因。

【讨论】：

该措辞的作者似乎很困惑......新规则不允许“通过将（有符号）1左移到符号位来创建给定类型的最负整数“ 任何一个。结果是实现定义的，这远不能保证给出最负的值。
@BenVoigt 对于二进制补码，只有一个正常的结果。这在所有相关和常见的编译器中始终如一地实现。
@Loopunroller：问题中最后一个标准引用的措辞是这样的，以避免要求将无符号值转换为有符号值遵循二进制补码规则。此外，对于二进制补码只有一个合理的结果是不正确的。饱和算术也是一个有用的、理智的选择。甚至可以说这比将正值加倍创造负值更理智。
写- max() - 1 真的很痛苦以至于他们决定改变标准吗？
+1 Fwiw，libc++ 用min() 计算max()，所以用max() 写min() 会非常有趣。 :-) 就我而言，底线是：我已经厌倦了站在我的头上来支持 any 现代 C++ 编译器不针对的架构。二进制补码有符号整数是我们现在和未来的现实。