使用无符号长整型进行符号扩展

Question

我们发现一些奇怪的值被产生了，以下是一个小的测试案例。 这段代码输出的是"FFFFFFFFF9A64C2A"。这意味着无符号长整型似乎已经进行了符号扩展。 但是为什么？ 下面所有的类型都是无符号的，那么是什么在进行符号扩展？ 期望的输出应该是 "F9A64C2A"。

#include <stdio.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
    unsigned char a[] = {42,76,166,249};

    unsigned long long ts;
    ts = a[0] | a[1] << 8U | a[2] << 16U | a[3] << 24U;

    printf("%llX\n",ts);


    return 0;

}

- user964970

Answer 1

在表达式a[3] << 24U中，a[1]的类型为unsigned char。现在，“整数提升”将其转换为int，因为：

以下内容可在表达式中使用，无论何时都可以使用int或unsigned int：

[...]

如果int可以表示原始类型的所有值，则将该值转换为int；否则，它将转换为unsigned int。

(（草案）ISO/IEC 9899:1999，6.3.1.1 2)

请注意，移位运算符（除大多数其他运算符外）不执行“通常的算术转换”，将两个操作数转换为公共类型。但是

结果的类型是左操作数提升后的类型。

(6.5.7 3)

在32位平台上，将249 << 24解释为int，其符号位被设置为1。

只需更改为

ts = a[0] | a[1] << 8 | a[2] << 16 | (unsigned)a[3] << 24;

修复了这个问题（常量后缀U没有影响）。

- undur_gongor

---

@user964970：再读一遍。 x << y 的类型与 y 的类型无关。 - Dietrich Epp

@user964970，你没看到吗？“结果的类型是左操作数提升后的类型。” - Shahbaz

Answer 2

一些从unsigned char自动转换为int的a[i]值，会产生符号扩展的值。

这符合C草案标准N1570第6.3.1节算术运算对象、子节6.3.1.1布尔、字符和整数的规定，其中部分内容如下：“2.以下内容可在表达式中使用，无论何时都可以使用int或unsigned int：... ——具有整数类型（除int或unsigned int之外）且其整数转换等级小于或等于int和unsigned int的对象或表达式。...如果int可以表示原始类型的所有值...，则将该值转换为int；否则，将其转换为unsigned int。这些被称为整数提升。... 3.整数提升保留值，包括符号。”

参见例如www.open-std.org/JTC1/SC22/WG14/www/docs/n1570.pdf

您可以使用以下代码，它可以正常工作：

      int i;
      for (i=3, ts=0; i>=0; --i) ts = (ts<<8) | a[i];

- James Waldby - jwpat7

---

在示例代码中，所有被移位的 a[i] 都具有无符号的右侧，这是由于常量上的 U 前缀所致（例如 << 8U），这意味着根据这些规则，表达式 a[1] << 8U 应该已经具有无符号类型。 - user964970

罪魁祸首不是 a[0]。然而，将 a[0] 强制转换为 unsigned 会使按位或的结果成为 unsigned，这会截断出现在 a[3] << 24 中的符号扩展，这才是真正的罪魁祸首。 - Dietrich Epp

Answer 3

ts = ((unsigned long long)a[0]) | 
    ((unsigned long long)a[1] << 8U) | 
    ((unsigned long long)a[2] << 16U) | 
    ((unsigned long long)a[3] << 24U); 

强制类型转换可以防止将中间结果转换为默认的 int 类型。

- Alex F

---

但是，既然涉及的所有类型都是无符号类型，为什么会有一个中间int结果呢？罪魁祸首似乎只是第一个a[0]，将其替换为(unsigned)a[0]，一切就都好了。但是为什么呢？ - user964970