C/C++中左移操作符对无符号和有符号数的影响有何不同？

Question

C/C++中左移操作符对无符号和有符号数的影响有何不同？

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我有这段代码。

#include <iostream>

int main()
{
    unsigned long int i = 1U << 31;
    std::cout << i << std::endl;
    unsigned long int uwantsum = 1 << 31;
    std::cout << uwantsum << std::endl;
    return 0;
}

它打印出来。

2147483648
18446744071562067968

在 Arch Linux 64 位系统下，使用 gcc 编译，采用 Ivy Bridge 架构。

第一个结果有意义，但我不理解第二个数字来自何处。将 1 表示为 4 字节有符号或无符号整数时：

00000000000000000000000000000001

当您将其向左移31次时，最终得到的是

10000000000000000000000000000000

不会吧？我知道对于正数来说向左移位本质上等于2的k次方，其中k是你移位的次数，假设它仍然适合边界。为什么我得到了一个奇怪的数字？

- No_name

bizarre number? 检查二进制形式。 - Bryan Chen

我在谈论第二行。已更新问题。 - No_name

5个回答

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字面上没有U的数字1是一个有符号的int类型，因此当你进行左移操作时(<<31)，会发生整数溢出，生成一个负数(在未定义行为的范畴内)。

将这个负数赋值给一个unsigned long类型会导致符号扩展，因为long类型比int类型有更多的位，它通过取模2的64次方来将负数转换成大的正数，这是有符号转无符号的规则。

- Potatoswatter

3

这并不是什么“奇怪”的东西。尝试将数字以十六进制打印出来，看看是否更容易识别: std::cout << std::hex << i << std::endl; 而且始终记住要使用适当的“U”、“L”和/或“LL”限定符来修饰字面量： http://en.cppreference.com/w/cpp/language/integer_literal

unsigned long long l1 = 18446744073709550592ull;
unsigned long long l2 = 18'446'744'073'709'550'592llu;
unsigned long long l3 = 1844'6744'0737'0955'0592uLL;
unsigned long long l4 = 184467'440737'0'95505'92LLU;

- FoggyDay

1

我认为这取决于编译器。
在我的机器上（g ++），它给出相同的值

2147483648
2147483648

证明：http://ideone.com/cvYzxN

如果存在溢出，那么因为uwantsum是unsigned long int，而无符号值始终为正，所以使用(uwantsum)%2^64从有符号转换为无符号。

希望这可以帮助！

- Aseem Goyal

-2

它与您打印出来的方式有关。使用格式说明符％lu应表示适当的长整型

- Sks Sapare

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Jerry Coffin · Accepted Answer

您可能对为什么这个表达式：unsigned long int uwantsum = 1 << 31; 会产生“奇怪”的值感兴趣。

问题很简单：1是一个普通的int类型，所以移位操作是在一个普通的int类型上进行的，且只有在操作完成后才转换为unsigned long类型。

然而，在这种情况下，1<<31超出了32位有符号整型的范围，因此结果是未定义的¹。在转换为无符号类型之后，结果仍然是未定义的。

话虽如此，在大多数典型情况下，1<<31将给出一个位模式为10000000000000000000000000000000的值。当视为带符号的二进制补码²时，它表示-2147483648。由于这是负数，因此在将其转换为64位类型时，它将被符号扩展，因此顶部的32位将填充与第31位相同的内容。得到的结果是：1111111111111111111111111111111110000000000000000000000000000000（33个1位后面跟着31个0位）。

如果我们把它当作一个无符号的64位数字来处理，我们得到的是18446744071562067968。

§5.8/2： ^{E1 << E2的值是E1向左移动E2位；空出的位被填充为0。如果E1具有无符号类型，则结果的值为E1×2E2，对大于结果类型中可表示的最大值的数取模后的余数。否则，如果E1具有有符号类型且非负值，并且E1×2E2可以在结果类型对应的无符号类型中表示，则将该值转换为结果类型后得到的值即为结果；否则，行为未定义。}
从理论上讲，计算机可以使用反码或原码来表示有符号数 - 但目前比这两者更常用的是补码。如果使用其中任何一种，我们预期会得到不同的最终结果。