将负整数转换为较大的无符号整数

Question

我遇到了以下代码转换：

static_cast<unsigned long>(-1)

据我所知，C++标准定义了将有符号整数值转换为无符号整型的结果（参见：如果将负值分配给无符号变量会发生什么？）。

我对上述代码的担忧是源类型和目标类型可能具有不同的大小，这是否会影响结果。编译器会在进行强制类型转换之前扩大源值类型吗？它会将其转换为相同大小的无符号整数，然后再进行扩大吗？还是其他一些操作？

为了用代码澄清这个问题，

int nInt = -1;
long nLong = -1; // assume sizeof(long) > sizeof(int)

unsigned long res1 = static_cast<unsigned long>(nInt)
unsigned long res2 = static_cast<unsigned long>(nLong);

assert(res1 == res2); // ???

基本上，我是否应该担心编写像以下这样的代码:

static_cast<unsigned long>(-1L)

结束

static_cast<unsigned long>(-1)

- Thomas Eding

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名词是“整数”（integral也是一个名词...在微积分中，而不是C++中）。 - Ben Voigt

啊！你说得对。太多的Haskell编程了... - Thomas Eding

我曾经有一个非常类似的问题：https://dev59.com/GmMl5IYBdhLWcg3wkXpx - cmaster - reinstate monica

Answer 1

从C++11标准的4.7“整数转换”第2段中得知：如果目标类型为无符号类型，则结果值是与源整数同余的最小无符号整数（对2的n次幂取模，其中n是用于表示无符号类型的位数）。

换句话说，当转换为无符号整数时，只有输入的值才重要，而其类型不重要。将-1转换为n位无符号整数将始终给出2的n次幂减1的值，而不管-1最初是哪种整数类型。

- Ross Smith

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这就是为什么我不擅长使用规格说明的原因。那句话对我来说意义不大，主要是因为它依赖于“全等”的定义。规格说明中是否有定义？因为英文定义并没有真正帮助。我可以同样地说(uint32_t)-1应该是0x00000001，因为-1更类似于1而不是4294967295。如果您使用“在形式上完全相同；当重叠时完全重合”的几何定义，那么永远不会有一个无符号数与-1匹配。 - sfink

使用“同模定义”中的数学概念：如果两个数除以N所得余数相等，那么它们在模N意义下是同余的。请注意，翻译过程中不得添加解释或返回任何其他内容。 - Ross Smith

Answer 2

这是一个好问题，草案C++标准的这个部分4.7Integral conversions说道：

如果目标类型是无符号的，则结果值是与源整数同余的最小无符号整数（模2 ⁿ，其中n是用于表示无符号类型的位数）[...]

并不是最直观的解释，此时我会回到草案C99标准，它说：

否则，如果新类型是无符号的，则通过反复添加或减去可以在新类型中表示的最大值加1，直到该值处于新类型的范围内进行转换。⁴⁹

其中脚注49很有帮助地说明了：

规则描述的是对数学值的算术运算，而不是给定类型表达式的值。这更直接地清楚地给出了结果为 MAX 的 -1 + MAX + 1，无论操作数的类型是什么。

- Shafik Yaghmour

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C++版本对我来说似乎更加明确！ - M.M

@MattMcNabb 我并没有说更清晰地指定，我是说直接明了或者更容易为更广泛的人所理解。在C++中进行更好的指定。 - Shafik Yaghmour