打印一个字符时会发生哪些整数提升？

Question

我最近读到

unsigned char x=1;
printf("%u",x);

由于格式说明符％u，printf函数期望一个无符号整数，因此调用未定义的行为。但我仍然希望了解这个示例中发生了什么。

我认为在表达式printf（"% u"，x）和x所表示的值中应用整数提升规则。

 

A.6.1整数提升

 

字符、短整型或整型位域，都可以是有符号的也可以是无符号的，或者是枚举类型的对象，都可以在表达式中使用整数。如果int类型可以表示原始类型的所有值，则将值转换为int类型；否则将值转换为无符号int类型。此过程称为整数提升。

这里的“可以使用”是什么意思？它是指“语法上正确”还是“已定义的行为”？

那么在这个例子中如何提升x的类型？我读到过它被提升为int，但是如果printf("%u", (int x)) 仍然是未定义行为，那么我就真的不明白为什么了...

- lee77

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我认为行为确实已经定义了，正如你所提到的那些原因。 - luser droog

推荐观看：http://channel9.msdn.com/Series/C9-Lectures-Stephan-T-Lavavej-Core-C-/Stephan-T-Lavavej-Core-C-7-of-n - Kerrek SB

@luserdroog：你认为“可以使用”意味着行为应该被定义吗？还是我没有理解你的观点？ - lee77

@lee77 是的，你说得对。"may be used" 意味着它是被允许的。它被标准保证能够正确工作。很好地进行了批判性思考。你在哪里找到这个未定义的声明？ - luser droog

@luser droog：我在stackoverflow的一个问题的倒数第二个答案中找到了它（向下滚动一点）： https://dev59.com/G2Uo5IYBdhLWcg3w1yTH - lee77

啊，如果只是char且实现隐式为有符号，那么他所说的是正确的。但这里你使用的是unsigned char，所以一切都在范围内。 - luser droog

Answer 1

由于printf使用可变参数列表，整数参数会应用整数提升。在任何正常的C实现中，整数提升将把unsigned char转换为int。然后你使用unsigned int格式说明符来格式化一个int，所以行为是未定义的。

虽然可以使用字符代替整数，但关于使用%u打印什么内容的规则仍然适用。如果使用字符得到的是适合格式说明符的整数，则行为是定义的。如果使用字符得到的是不适合格式说明符的整数，则C标准未定义该行为。

Stack Overflow上的其他讨论得出结论：一种奇特的C实现理论上可能符合C标准，并且char类型（普通，有符号和无符号）与int类型一样宽。在这样的实现中，int无法表示unsigned char的所有值，因此必须将unsigned char提升为unsigned int。但是，这种实现是奇特而麻烦的（尤其是处理EOF），在实践中可以忽略它。

- Eric Postpischil

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所以有两个步骤：首先，由于x表示整数且printf使用可变参数列表，因此进行整数提升。现在有两种可能性： 1）int无法表示所有无符号字符可以表示的值（这将相当奇特）。然后x会被提升为已定义的unsigned int。 2）int可以表示所有无符号字符可以表示的值，因此x被提升为int。在这种情况下，在解析va_arg宏时，printf内部会有一个定义unsigned int <some variable name> = <value of x>吗？这也将被定义？ - lee77

请注意，“在SO上的其他讨论”在此处：https://dev59.com/5W445IYBdhLWcg3w3Nwf - R.. GitHub STOP HELPING ICE

@lee77：不，这并不一定有任何这样的赋值。当printf实现看到％u说明符时，它将尝试获取unsigned int参数的字节。它所采用的方式取决于实现。它不需要通过C赋值表达式来完成。它可以是纯汇编或机器语言。您唯一可以依赖的规则是：如果使用unsigned int说明符，则必须传递unsigned int。 - Eric Postpischil

@EricPostpischil：int和unsigned int不是保证具有相同的布局兼容性吗？ - Kerrek SB

@lee77：没错。在某些情况下遇到未定义行为的易发性是该语言的缺陷。 - Eric Postpischil

Answer 2

由于printf使用可变参数列表，因此它将通过va_arg进行解包。C ++参考C标准的va_arg规则。 C99标准如下所述：

va_arg宏扩展为一个表达式，该表达式具有指定的类型和调用中下一个参数的值。参数ap应已由va_start或va_copy宏进行了初始化（对于同一ap而言，在调用va_end宏之前没有中间调用）。每次调用va_arg宏都会修改ap，以便按顺序返回连续参数的值。参数type应为指定的类型名称，使得可以通过将*后缀添加到type来获取指向具有指定类型的对象的指针的类型。如果没有实际的下一个参数，或者type与实际下一个参数的类型（根据默认参数提升进行推广）不兼容，则行为是未定义的，但以下情况除外：

• 一个类型是有符号整数类型，另一个类型是相应的无符号整数类型，并且该值在两种类型中均可表示；
• 一个类型是指向void的指针，另一个类型是指向字符类型的指针。

显然，确定实际类型和期望类型匹配时，会考虑整数提升。而有符号与无符号不匹配则由第一个要点涵盖。

由于x = 1显然是unsigned int可以表示的值，而将unsigned char提升会生成signed int(如果INT_MAX >= UCHAR_MAX)或unsigned int(如果INT_MAX < UCHAR_MAX)，所以这是完全合法的。

- Ben Voigt

Answer 3

如果你的平台的 int 类型可以表示所有 unsigned char 类型的值，那么提升会为 int，否则为 unsigned int。所以这取决于你的平台。

至于“为什么”，这是因为你将 x 作为变量参数传递，而变量参数的规则指出标准提升会发生（可能是为了简化实现）。

- Kerrek SB

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所以你说上面的“may be used”是指语法上正确，还是有不同的意思？ - lee77

促销活动取决于平台，合法性则不受影响。 - Ben Voigt