Question

int z = 1;
z <<= 31;
z >>= 31;
printf ("%d\n",z);

当我运行代码z=-1时，为什么？

Answer 1

int z = 1;
z <<= 31;

假设int是32位且使用two's complement表示，左移是 C 中的未定义行为，因为如果int中无法表示结果类型。从标准：

E1＆lt;＆lt;＆lt; E2 E1 左移 E2 位位置

...

如果 E1 具有有符号类型和非负值，并且 E1×2 ^E2 在结果类型中可表示，则表示   结果价值;否则，行为未定义。

在实践中，它可能会导致0x80000000，这被视为负数。

负整数的右移是实现定义的行为：

E1＆gt;＆gt;的结果E2 是 E1 右移 E2 位位置。

...

如果 E1 具有签名类型和负值，则结果值是实现定义的。

在 C ++ 中左移定义以类似的方式定义，直到 C ++ 14 ，如@T.C.所述（或者，有一些限制，可能是偶数直到 C ++ 11 ，正如@MattMcNabb写的那样。）

但即使定义了左移并且0x8000000是预期值，负数右移的结果仍然是实现定义的。

Answer 2

是的，移位有符号整数和负数是我认为的实现定义。

当您向右移动时，您的实现可能会进行符号位扩展。

因此，它不是从左侧移入零，而是在符号位中移位。 z <<= 31;可能将符号位设置为1，然后z >>= 31;从左侧移位，因此最终得到0xFFFFFFFF的位模式，其被解释为值{{1在您的平台上（可能使用两个补码）。

Answer 3

假设32位int，这是C11和C ++ 11中的未定义行为，但在C ++ 14中定义了实现。

C11§6.5.7/ p4（引用N1570）：

E1 << E2的结果是E1左移E2位位置; 腾出的位用零填充。 [...]如果E1有签名类型和非负值，E1 × 2 ^E2可表示结果类型，那就是结果值;否则，行为未定义。

N3337§5.8[expr.shift] / p2中的C ++ 11规则几乎完全相同。由于2 ³¹通常不能在带符号的32位int中表示，因此行为未定义。

C ++14§5.8[expr.shift] / p2（引用N3936;另见CWG issue 1457）：

E1 << E2的值为E1左移E2位位置; 空位是零填充的。 [...]否则，如果E1已签名类型和非负值，E1×2 ^E2是可表示的在结果类型的相应无符号类型中，然后转换为结果类型的值是结果值; 否则，行为未定义。

由于2 ³¹在无符号32位int中可表示，因此定义了行为，结果是2 ³¹转换为（signed）{ {1}};此转换是根据§4.7[conv.integral] / p3实现定义的。在使用二进制补码的典型系统中，你得到-2 ³¹，在这种情况下，随后的右移也是实现定义的，因为该值是负的。如果执行算术移位，则符号位移入，最后得到int。

Answer 4

假设您在这里谈论的int是32位或更小。（如果int较大，则此代码定义明确，导致z为1。

在C和C ++中，z <<= 31被定义为z = z << 31。

在C11中，<<被解释为（6.5.7 / 4）：

E1 << E2的结果是E1左移E2位位置;腾出的位充满了零。 [...]如果E1具有签名类型和非负值，并且E1×2 ^E2在结果类型中可表示，那就是结果价值;否则，行为未定义。

在这种情况下，E1为z，1，E2为31。但是，2 ³¹在32位int中无法表示，其最大值为2 ³¹ - 1，因此行为未定义

当发生未定义的行为时，可能会发生任何事情，包括您看到意外输出，程序崩溃，发射导弹等等。

在C99中，C ++ 98和C ++ 03 <<具有相似的定义; 1 << 31在所有这些行为中都是未定义的行为（对于32位或更小的整数）。

在C ++ 11和C ++ 14中，您可以选择std::numeric_limits<int>::is_modulo进行测试。如果这是true那么在某些人看来，这意味着整数溢出不再是未定义的，因此1 << 31的结果必须是INT_MIN。有关此主题的进一步讨论see this thread。

假设我们到目前为止（即你的系统有32位整数和std::numeric_limits<int>::is_modulo == true，并且你支持那些解释标准的人，说在这种情况下没有对符号int溢出的UB）然后我们有以下内容：

assert( CHAR_BIT * sizeof(int) == 32 ); assert( std::numeric_limits<int>::is_modulo == true ); int z = 1; z <<= 31; assert(z == INT_MIN);

现在讨论z >>= 31。这被定义为z = z >> 31;。在C ++ 11 5.8 / 3中：

E1的值＆gt;＆gt; E2是E1右移E2位位置。 [...]如果E1具有有符号类型和负值，则结果值是实现定义的。

由于INT_MIN是负值，因此行为是实现定义的。这意味着您的实现必须记录它的作用，因此您可以查阅编译器的文档以了解这里发生的事情。

可能的解释是它执行arithmetic shift，这意味着位向右移位，但符号位保留其值。这意味着你最终得到了所有位 - 一位，即-1的二进制补码。

Answer 5

这是因为符号复制机制，当您将z移位31次时，1从第0位移位到第31位。现在，你在第31位有1，这将被视为负数。并且在负数中，使用符号复制机制，其中如果右移负数，则保留符号位。所以你在每个位的位置都是1，小数点是-1。

Answer 6

如果您使用unsigned int，您将获得相同的结果。问题是你使用<<向左移31位加一位符号31次。这是无符号行为，因为您已将左侧最重要的位丢失到符号位（这是由于未定义的行为而导致的结果）

当你进行右移时，当你有符号整数（你得到一个符号位的副本到最高有效位）时，这比你没有符号的那样（你从左边有一个零位移位）会有所不同侧）。通常，这意味着当你执行右移和右逻辑移位指令（相当于除以2，但是使用无符号数）时，你得到有符号整数的算术移位指令（相当于除以2）使用无符号数字进行右移。

尝试使用与unsigned int z;相同的声明z，您将获得预期的行为。

为什么（1 <＆lt; 31）＆gt;＆gt; 31导致-1？

6 个答案: