无符号类型的大位左移

Question

无符号类型的大位左移

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类似于以下内容：

uint32_t foo = 1;

foo = foo << 33;

C中的未定义行为？

- P45 Imminent

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uint32_t 是无符号的。添加 unsigned 是无意义的。而且移位是未定义的行为！ - too honest for this site

@Olaf，第四段怎么样？ - Sourav Ghosh

注意：如果“int”是宽的，比如64位，那么代码会被定义。 - chux - Reinstate Monica

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@chux：但这样它就不会是 uint32_t 了。 - too honest for this site

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@Olaf，3号代码仍将被定义为uint32_t foo，但会变成64位的int，然后进行移位操作，最后再赋值给uint32_t。 - chux - Reinstate Monica

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@chux：收到。你是对的。我在我的回答中添加了一条注释。欢迎验证。 - too honest for this site

2个回答

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这似乎是未定义行为。来自C标准第6.5.7节（WG14 / N1256委员会草案 - 2007年9月7日ISO / IEC 9899：TC3 - 实际上是C99标准）：

1. 对于每个操作数执行整数提升。结果的类型是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提升的左操作数的宽度，则行为未定义。 2. E1 << E2的结果是E1向左移动E2位; 空出的位用零填充。如果E1具有无符号类型，则结果的值为E1×2^E2，模除比结果类型中可表示的最大值多一个。如果E1具有有符号类型且非负值，并且E1×2^E2可以在结果类型中表示，则该值为结果；否则，行为未定义。

关于第3点，由于右操作数的值大于或等于提升的左操作数的宽度，因此表明它是未定义行为。

关于第4点，由于移位是无符号的，因此适用第一句话：如果E1具有无符号类型，则结果的值为E1×2^E2，模除比结果类型中可表示的最大值多一个。这将（但不包括第3点）暗示结果因此为零。

我相信第3点优先于第4点，因此它是（终究）未定义的。

Olaf的答案表明，在C11下也是如此。

- abligh

@Rup 叹气，你是对的，我想。我已经修复了它。虽然从技术上讲，哪个更优先并不完全明显。 - abligh

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实际上，3和4并不矛盾，因此您可以同时拥有3和4而不会出现问题；两者都不需要优先考虑。3表示E2必须小于（提升后的）宽度，然后4给出了结果。另一种看待它的方式是当E2大于或等于宽度时，2^E2不能在（提升后的）类型中表示。这也解释了为什么对于有符号的情况，它明确表示E1 x 2^E2必须是可表示的，否则它就是未定义的。有符号类型没有溢出，因此它们允许实现将移位完全实现为E1 2^E2。 - MicroVirus

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可以查看英文原文，
原文链接

- too honest for this site · Accepted Answer

实际上，移位是一种未定义的行为。请参阅标准（C11，最终草案 N1570，6.5.7p3）：

"... 如果右操作数的值为负数或大于或等于提升的左操作数的宽度，则其行为未定义。"

原因：如果移位计数大于或等于参数的宽度，则移位操作在不同的 CPU 架构上可能会有非常不同的行为。这样，标准允许编译器生成最快的代码，而不必考虑边界效应。

请注意：如果int比33位（例如64位）更宽，则情况会有所不同。原因是整数提升首先将uint32_t转换为int，因此移位使用的是（然后更大的）int值。这使得赋值的回转到uint32_t，参见6.3.1.3第1、2段。但是，在大多数现代系统上，int不大于32位。