C语言中的位移操作出现意外行为

Question

我目前正试图从一个名为 addr 的地址中，使用一个名为 mask 的32位掩码来提取一些位，并将其存储到另一个变量 result 中，方法如下：

int addr = 7;
int x = 0;
uint32_t mask = 0xFFFFFFFF;
result = addr & (mask >> (32 - x));

当x=0时，我希望结果为0，在在线位移计算器上已经确认过了。但是在C代码中，result的值是1。为什么会这样呢？

- DanielJomaa

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行为未定义。http://port70.net/~nsz/c/c11/n1570.html#6.5.7p3 如果右操作数的值为负数或大于等于升级后的左操作数宽度，则行为未定义。 - Eugene Sh.

addr的类型是什么？ - VillageTech

@hyde 为什么？没有它也很清楚啊。不过应该是重复的。 - Eugene Sh.

@EugeneSh。你是对的！ - Jean-François Fabre

如果你想知道为什么它是未定义行为，请考虑硬件。例如，在x86（和可能许多其他处理器）上，“目标操作数可以是寄存器或内存位置。计数操作数可以是立即值或寄存器CL。计数被掩码为5位，这将计数范围限制为0到31。”因此，当硬件掩码计数值时，您不能进行32位移位，因为这与移动0位相同。 - Jerry Jeremiah

Answer 1

您正在执行非法的位移操作。

当按左操作数的位大小进行移位时，移位值大于或等于左操作数位数会导致未定义行为。这在C标准的第6.5.7p3节中有文档记录：

对每个操作数执行整数提升。结果的类型是所提升的左操作数的类型。如果右操作数的值为负数或大于等于提升后的左操作数的宽度，则行为未定义。

这意味着您需要检查x的值，如果为0，则只需使用0作为位掩码。

int x = 0;
uint32_t mask = 0xFFFFFFFF;
...
if (x == 0) {
    result = 0;
} else {
    result = addr & (mask >> (32 - x));
}

- dbush

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@Clifford 如果 x 等于1，则我们有 mask >> 31 == 0xffffffff >> 31 == 1。 - dbush

我需要更多的睡眠（评论已删除）！另一种选择是 addr & ((mask >> (31 - x)) >> 1) ，然后检查 x==0 是不必要的（我想 - 仍然需要睡眠！） - Clifford

Answer 2

根据C语言标准（6.5.7位移运算符）：

3 对每个操作数进行整数提升。结果的类型是被提升的左操作数的类型。如果右操作数的值为负或大于等于被提升的左操作数的宽度，则行为未定义

- Vlad from Moscow