将int32加到64位本机int的结果是什么？

Question

当将一个int32加到一个64位的native int时，CLR是进行符号扩展还是零扩展32位整数？最重要的是：它基于什么信息做出这个选择？

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我正在编写一个.NET编译器，并已经彻底阅读了ECMA规范，但找不到答案。

  

CLI仅支持在其操作中对其评估堆栈上存储的值的子集执行此类操作：int32、int64和native int。   
_{-- ECMA 335，第I12.1节：支持的数据类型}

由于评估堆栈上的值没有有关其有符号性的信息，因此涉及操作数的符号的指令有两个变体：一个用于有符号整数，一个用于无符号整数。add、sub和mul指令（那些不检查溢出的指令）只要操作数大小相同就不需要关心操作数的符号，因此只有一个变体。 然而，操作数并不总是相同的大小...

ECMA 335，第III1.5节：操作数类型表指出可以将int32和native int相加、相减、相乘和相除。结果再次是一个native int。在64位系统上，native int宽度为64位。

ldc.i4.0            // Load int32 0
conv.i              // Convert to (64-bit) native int
ldc.i4.m1           // Load int32 -1
add                 // Add native int 0 and int32 0xFFFFFFFF together

那么这里会得到什么结果？需要注意的是，根据规范，运行时不需要跟踪堆栈上值的确切类型或带符号性：它只知道 int32、int64 和 native int（以及其他些许与本处无关的类型）。

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我想象 IntPtr 和 UIntPtr 的算术运算，由于它们在内部表示为 native ints，也会使用这种类型的加法。然而，ILSpy 显示在 C# 中将 IntPtr 和 Int32 相加调用了 IntPtr 类的重载 + 操作符，该操作符仅接受带符号的 Int32 参数。

使用 CIL 直接执行它（使用 add 指令）还表明整数被解释为带符号数。它也应该已经在 Mono 中实现了，但我找不到任何参考来支持我的发现。

- Daniel A.A. Pelsmaeker

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提升值的符号不会被捕获。请参考此信息以获取可能的解决方案（这是针对Mac的，但在这种情况下并不重要）：https://developer.apple.com/library/mac/#documentation/Darwin/Conceptual/64bitPorting/MakingCode64-BitClean/MakingCode64-BitClean.html - user1693593

Answer 1

当两个相同位数的值相加时，符号不重要。例如，将32位的-10 (0xfffffff6) 和 32位的10 (0x0000000a) 相加会得到正确的结果0。因此，在CIL（通用指令语言）中只有一个add指令。

然而，当两个不同位数的值相加时，符号是很重要的。例如，将32位的-10和64位的10相加，如果无符号相加，则结果可能为4294967296 (0x100000000)；但如果有符号相加，则结果为0。

CIL的add指令允许将本机整数和32位整数相加。本机整数可以是64位（在64位系统上）。 测试表明，add将32位整数视为有符号整数，并进行符号扩展。这并不总是正确的，可能被认为是一个错误。Microsoft目前不打算修复它。

由于溢出检查取决于操作数是被视为无符号还是有符号，因此有两个变体的add.ovf： add.ovf（有符号）和add.ovf.un（无符号）。但是，当将32位整数添加到本机整数时，这些变体也会正确地进行符号扩展或零扩展较小的操作数。

因此，将本机整数和无符号32位整数相加可能会产生不同的结果，具体取决于C#的溢出检查设置。显然，我无法弄清楚这一点是CIL语言设计中的一个错误或疏忽导致的。

- Daniel A.A. Pelsmaeker

Answer 2

您现在处于未知领域，我不知道是否有任何.NET语言实际允许这样做。他们的语法检查器会拒绝任何试图执行此操作的代码。即使是添加两个本机整数也被拒绝。最终由Jitter为其生成机器代码。如果您想知道发生了什么，请进行实验。请务必测试至少x86和x64 Jitter。

考虑到含糊不清的语义以及未来Jitter更改可能会破坏您的假设，我强烈建议您在自己的语言中也拒绝此操作。它并不是非常有用，一个简单的解决方法是将其转换为（long）并将结果返回到（IntPtr），具有良好定义的语义。这本身就是在自己的代码生成器中获得可预测行为的一种方式。

- Hans Passant

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我在帖子中添加了一些信息：当将IntPtr加上Int32时，C#使用重载的加法运算符。在CIL中，add指令似乎将Int32解释为有符号数。但是，我不知道为什么会这样。 - Daniel A.A. Pelsmaeker