类型转换：double to char：多个问题答案

【问题标题】：Type casting: double to char: multiple questions类型转换：double to char：多个问题
【发布时间】：2020-10-22 05:17:32
【问题描述】：

考虑这段代码：

#include <stdio.h>

int main(void) 
{
    /* TEST 1 */
    double d = 128;
    char ch = (char)d;
    printf("%d\n", ch);

    /* TEST 2 */
    printf("%d\n", (char)128.0);

    /* TEST 3 */
    char ch1 = (char)128.0;
    printf("%d\n", ch1);
    return 0;
}

结果：

        gcc*  clang*  cl*
TEST 1  -128  -128    -128
TEST 2  127   0       -128
TEST 3  127   -2      -128

* latest version

问题：

为什么不同测试的结果不同（不包括cl）？
为什么编译器之间的结果不同（不包括TEST 1）？
如果是 UB/IB，UB/IB 到底在哪里？标准是怎么说的？
[额外问题] 为什么clang 表现出如此不同的行为？这些0 和-2 来自哪里？

【问题讨论】：

有符号整数溢出是未定义行为。
就 clang 而言，由于它是 UB，clang 可能已经对此进行了优化，以使包含该参数的寄存器/内存位置为调用前的任何值。
有趣的是，gcc 和 clang 都没有对此发出警告，即使是 -Wall -W 或 -Weverything。似乎编译器“知道”正在调用未定义的行为。
似乎是演员消除了警告。 char c = 128.0 确实发出警告。也许，就像在其他情况下一样，演员表被视为“我知道我在做什么”的信号。
嗯，通常当用户“显式运行到 UB”时，这意味着他们对他们正在使用的编译器实际要做什么有一定的了解，并且他们希望它这样做。

标签： c gcc casting clang cl

【解决方案1】：

当CHAR_MAX == 127 时，(char)128.0 是未定义的行为 (UB)。

当实浮点类型的有限值转换为_Bool以外的整数类型时，小数部分被丢弃（即，该值被截断为零）。如果整数部分的值不能用整数类型表示，则行为未定义。 C17dr § 6.3.1.4 1

由于整数溢出，这不是 UB。由于转换规则，它是UB。

【讨论】：

请注意，从整数转换为有符号整数类型时的溢出没有未定义的行为，但会产生实现定义的结果（或引发实现定义的信号）。这没有在这里完成，所以它不是直接相关的，但值得注意区别。
@pmor 将浮点值转换为无符号整数类型是明确定义的如果值在范围内。如果不在范围内，则行为未定义。有符号到无符号的转换涉及余数；浮动到无符号没有。（实现可以做余数；这是未定义行为可以表现出来的无数种可能方式之一。）
@KeithThompson Minor：“...如果截断值在范围内，则浮点值到无符号整数类型的定义良好。”。
我认为将一些非常大的浮点值（例如 1.23e45）转换为无法保存该值的整数类型对于定义行为而言不够有用。即使对于像(char)55.0 这样的合理转换，需要一些特定的算法也会带来负担。真的，您多久将浮点值转换为char？（请记住，普通char 的签名是实现定义的。）
@chux-ReinstateMonica 是的，正确。例如：积分转换永远不会产生未定义的行为（它可以产生实现定义的行为）。来源：stackoverflow.com/a/19274544/9881330.

【解决方案2】：

正如@chux 所说(char)128.0 是一个UB。 gcc 因为示例的琐碎性检测到了这个 UB，而是将 CHAR_MAX 作为最大最接近的有符号数。

但是如果你稍微混淆一下它就不会这样了（转换为int不是UB，gcc不会检测到下一个转换UB）。

int main(void) 
{
    volatile char x = (char)128.0;
    volatile char y = (char)(int)128.0;

    printf("%d %d\n", x, y);
}

和代码（有趣的部分）：

        mov     BYTE PTR [rsp+14], 127
        mov     BYTE PTR [rsp+15], -128

https://godbolt.org/z/xG3jUy

顺便说一句，这种 gcc 行为很久以前就被讨论过了，很多人（包括我）都反对它。但 gcc 开发人员决定走这条路。

【讨论】：

感谢“混淆示例”！有趣的。问题：如果 gcc 检测到 [1st conversion] UB，为什么它不会产生任何警告？
@pmor 当然，演员会消除警告。提示：避免强制转换。