无符号字符左移16位是什么意思？

Question

我正在阅读一个包含 unsigned char 变量的 .cpp 文件，它正在尝试进行 16 位的按位左移操作。由于一个 unsigned char 由 8 个 bit 组成，左移 16 位将擦除所有 bit 并用八个0填充。

unsigned char byte=0xff; byte << 16;

- leomayleomay

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该表达式的值未被赋值。 - user180326

编译器会将移位操作优化为无操作，这是原始代码是什么？ - Jonathan Leffler

你可能想看一下这个链接：https://dev59.com/oXRC5IYBdhLWcg3wAcXU - AndersK

所有内置运算符都适用于至少 int 大小的对象（请参见 https://dev59.com/n2035IYBdhLWcg3wMNGW#5563131）。因此：`sizeof(byte << 16) == sizeof(int)`。 - Martin York

Answer 1

当你进行值的移位时，

unsigned char x = ...;
int y = x << 16;

如果unsigned char适合于int（大多数系统），则将x的类型提升为int，否则提升为unsigned（罕见情况1）。只要你的int宽度至少为25位，那么就不会丢失任何数据2。

请注意，这与数字16的类型为int完全无关。

/* All three are exactly equivalent */
x << 16;
x << 16u;
x << (unsigned char) 16;

来源：来自n1516（C99草案）

§6.5.7第3段：位移操作符

对每个操作数执行整数提升。结果的类型是提升后的左操作数的类型。

§6.3.1.1第2段：布尔值、字符和整数

如果int可以表示原始类型的所有值（由位域限制），则该值转换为int；否则，它将被转换为无符号int。这些被称为整数提升。

脚注：

¹：一些DSP芯片以及某些Cray超级计算机众所周知sizeof(char) == sizeof(int)。 这简化了处理器的加载存储单元的设计，但增加了内存消耗。

²：如果左移通过提升到int然后溢出int，那么这是未定义行为（恶魔可能从你的鼻子里飞出来）。相比之下，溢出unsigned总是有明确定义的，因此位移应该通常在unsigned类型上进行。

- Dietrich Epp

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非常感谢您详细的解释。虽然我仍然对将unsigned char提升为int后可能会意外覆盖的内存感到困惑。 - leomayleomay

@leomayleomay：这不是它的工作方式。如果你将一个int赋值给一个unsigned char变量，那么int会被转换。（毕竟这不是汇编语言。） - Dietrich Epp

这里的按位左移（向左移动16位）会使得变量变为0，对吗？ - leomayleomay

如果你赋值 x = x << 16，那么在大多数系统上，这等同于 x = 0。 - Dietrich Epp

我对这种行为感到非常惊讶。在使用IAR CSTAT静态分析工具分析以下代码时，我遇到了这种行为： unsigned short BE2LE16(unsigned short x) { return ((x<<8) | (x>>8));} 直到看到你详细的答案，我才弄清楚它的原因。非常感谢您和IAR！ - lkanab

Answer 2

如果char适合于int，它将被提升为int，结果将如您所期望的那样。如果不是这种情况，则根据标准，它是未定义的行为，并且可能会发出编译警告。从标准来看： 对每个操作数执行整数提升。结果的类型是提升后左操作数的类型。如果右操作数的值为负或大于或等于提升后左操作数的宽度，则行为是未定义的。

- Hampus Nilsson

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如果 char 无法适应于 int，那么它必须适应于 unsigned int，因此不会导致未定义的行为。只有有符号整数的移位是未定义的，而且仅当数学结果不能由该类型表示时才是未定义的。例如，如果 int 是16位，则 1 << 16 是未定义的。 - Dietrich Epp

整数提升确实会被执行，这意味着只有当 unsigned char 被提升为 int 而不是 unsigned int 且移位操作将产生一个无法表示为 int 的值时，行为才是未定义的。 - caf

@DietrichEpp：即使int是16位，0 << 16也是未定义的行为，因为这个答案中指出的约束条件。 - caf