C语言中整数字面量的类型和~符号

Question

我是一名C语言初学者，但是我对在C答案书中发现的以下示例感到困惑。

在您的系统上查找unsigned long long大小的一种方法是键入：

printf("%llu", (unsigned long long) ~0);

我不知道为什么这个语法能够工作？

在我的系统上，int是32位的，而long long是64位的。
我本来以为，由于0是整数类型的常量，~0会计算32位整数的否定值，然后由强制类型转换运算符转换为unsigned long long。这应该会得到2³²-1的结果。

不知何故，看起来~运算符已经知道它应该作用于64位？
编译器是否将这条指令解释为printf("%llu", ~(unsigned long long)0);？但这听起来不对，因为强制类型转换和~的优先级相同。

- user39967

Answer 1

不是 ~ 操作符，而是强制类型转换。按照标准规定进行整数转换的方式如下：

1. 如果将一个具有整数类型的值转换为其他整数类型（除 _Bool 之外），并且该值可以由新类型表示，则结果不变。 2. 否则，如果新类型为无符号型，则通过重复添加或减去新类型中可表示的最大值加一来转换该值，直到该值在新类型的范围内。 3. 否则，新类型为带符号型，而该值无法用它表示； 结果要么是实现定义的，要么引发实现定义的信号。

有符号 int 的值 ~0 在使用二进制补码表示负数值的系统上对应于 -1。 它不能由 unsigned long long 表示，因此第一个标点不适用。 第二个标点适用：新类型为无符号型，因此将 unsigned long long 的 MAX 加到 -1 上一次，使结果进入 unsigned long long 的范围。 这与将 -1 扩展为 64 位具有相同的效果。

- Sergey Kalinichenko

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~0的值取决于实现中的有符号表示。在除二进制补码以外的表示中，~0与-1不同。 - ouah

那么(unsigned long long)~0u的预期行为会发生，对吗？ - Quentin

@Quentin：这完全取决于你的期望。最好避免使用这个，因为它太依赖具体实现。 - Deduplicator

Answer 2

0是int类型，而不是unsigned int类型。~0将因此（在使用二进制补码表示的机器上，这是现今所有机器都在使用的）为-1，而不是2³²-1。

假设有一个64位的unsigned long long，那么(unsigned long long)-1模2⁶⁴等于-1，即2⁶⁴-1。

- Wintermute

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这不应该是“实现定义”吗，而不是确定的（将有符号值强制转换为更长的无符号类型）？是的，在真正的普通2s补码机器上。在这种情况下，它可能会使用最自然可用的指令来扩展值，这可能不是符号扩展。 - JDługosz

@Wintermute你的意思是：0是signed int类型而不是unsigned int类型...? - umlcat

@umlcat int 是 signed int。 - Wintermute

Answer 3

0 是一个 int

~0 仍然是一个 int，即值为-1。

将一个 int 强制转换为 unsigned long long 只是为了与 printf 使用的转换符 llu 匹配。

但是，-1 扩展为无符号长整型的值应该为 4 字节 int 为 0xffffffff，8 字节 int 为 0xffffffffffffffff。

- wallyk

Answer 4

根据N1570委员会草案：

6.5.3.3 一元算术运算符

4. ~ 运算符的结果是其（提升后的）操作数的按位补码（即，结果中的每个位仅在转换后的操作数中对应的位未设置时才设置）。对操作数执行整数提升，并且结果具有提升类型。如果提升类型是“无符号类型”，则表达式 ~E 等效于该类型中可表示的最大值减去 E。

§6.2.6.2 语言45:

（补码）。这些适用情况是实现定义的，与带符号位为1且所有值位为零（对于前两个）或带符号位和所有值位为1（对于补码）的值是陷阱表示还是正常值一样。在符号和大小以及补码的情况下，如果此表示是正常值，则称为负零。

因此，代码的行为是这样的：

printf("%llu", (unsigned long long) ~0);

在某些机器上，实现是定义不明确和未定义的 - 不符合预期 - 取决于机器中整数的内部表示。

根据第6.5.3.3节，编写代码的批准方式如下：

printf("%llu", (unsigned long long) ~0u);

此外，~0u 的类型是无符号整数，而您正在将其强制转换为 unsigned long long int，其格式字符串为 llu。要使用格式字符串%u打印~0u。

要学习类型转换的基本概念，您可以阅读：C/C++中类型转换到底是什么？

- Grijesh Chauhan