符号扩展的必要性是什么？ [关闭]

Question

考虑以下一段 C 代码 -

char sum_char(char a,char b)
{
   char c = a+b;
   return c;
}

它涉及-

1. 将第二个参数转换为符号扩展。
2. 将签名的扩展参数作为 b 推送到堆栈上。
3. 将第一个参数转换为符号扩展。
4. 将签名的扩展参数作为 a 推送到堆栈上。
5. 添加 a & b，结果转换为 char 并存储在 c 中。
6. C 再次符号扩展。
7. 符号扩展 c 被复制到返回值寄存器和函数返回给调用者。
8. 为了存储结果调用函数再次将 int 转换为 char。

我的问题是 -

1. 这是谁做的？
2. 做这么多转换的必要性是什么？
3. 会降低/提高机器/编译器的性能吗？
4. 如果它降低了性能，我们应该怎么做才能提高它？

Answer 1

1. 这是谁做的？ - 归根结底，是 CPU 做的；编译器生成所有相关指令供 CPU 执行转换
2. 进行这么多转换的必要性是什么？ - 这些转换对于确保跨多个 C 编译器支持的多个平台的结果保持一致是必要的。
3. 会降低/提高机器/编译器的性能吗？ - 与“什么都不做”相比，这会降低性能，但没有人会注意到差异。
4. 如果它降低了性能，我们应该怎么做才能提高它？ - 没有：如果您必须对chars 执行算术运算，那么您对chars 执行算术运算。让优化器负责为您的平台删除所有不必要的指令。在大多数情况下，CPU 的指令与 C 语言所需的语义兼容，因此生成的代码会很短。

当然如果你不需要对有符号字符进行操作，你可以对无符号字符进行操作。这消除了很多符号扩展。

Answer 2

您描述的转换仅在抽象机器中执行。如果它导致相同的可观察行为，编译器可以简化所有这些。

打开优化时，我的编译器会将其转换为以下汇编器

sum_char:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    leal    (%rsi,%rdi), %eax
    ret
    .cfi_endproc
.LFE0:
    .size   sum_char, .-sum_char

这只是一个添加（隐藏在leal 指令中）和一个ret 跳转。

Answer 3

1. 运行时的代码。编译器生成所需的代码来实现编程语言的指定语义。
2. 我不确定您所说的推送到“堆栈”，据我所知，C 中没有这样的要求。
3. 这没有意义；与什么相比？
4. 您可以尝试删除无意义的c 变量，只保留return (char) (a + b);。也就是说，我认为这个函数没有太多需要“优化”的地方。它应该编译成很少的代码。如果你可以将它内联，它可能会是 1 条指令的顺序。

Answer 4

我不确定你的问题的细节。您反复引用符号扩展而不引用任何来源；我猜你假设 char 数据类型将被扩展以匹配 CPU 的位数，但我认为不能保证现在情况并非如此。

但是，为了回答您的模糊问题：

1. 编译器执行此操作是为了响应您编写代码。谁编写代码？一个开发者，我想。 你在你写问题的时候这样做了。
2. 如果有必要（因为您没有引用您的来源），我想这是为了让 CPU 可以本地处理算术。
3. 从技术上讲，它会减少它，但仅与具有任意位数的理论机器相比。实际上，这并没有明显的区别。
4. 如果您使用与架构的本机位数相匹配的数据类型，性能会有非常轻微的提升。但是，这非常轻微，通常不值得带来不便。