Question

我知道这个问题已被提出并且似乎已经回答了无数次，但我似乎无法将答案与我自己的经验相匹配。

C标准规定，对于加法“两个操作数应具有算术类型”（6.5.6.1）。 Arithemitc类型包括整数和浮点类型（6.2.5.18），最后整数类型是char，short，int，long和long long，它们以有符号和无符号类型（6.2.5.4和6.2.5.6）存在。根据通常算术转换的规则“如果两个操作数具有相同的类型，则不需要进一步转换。”到目前为止一切都很好。

我的理解，如“C Book”中所示，“[n] o算术由C以比int短的精度完成”，这是应用积分推广的地方。我似乎没有在标准中找到这方面的参考，我似乎已经多次看过这个。

由于unsigned char是一种算术类型，并且通常算术转换的规则表明同一类型的操作数不需要转换，为什么需要整体提升？

我使用两个不同的编译器对此进行了测试。我写了一个简单的程序，它添加了char：

unsigned char a = 1;
unsigned char b = 2;
unsigned char c = a + b;

目标平台是使用8位架构的Atmel Mega8 uC。因此，如果操作数应该进行整体提升，则整数加法将需要使用两个寄存器。

使用imagecraft avr编译器进行编译，没有优化，并且启用了严格的ANSI C可移植性选项，产生了这个汇编代码：

mov R16, R20
add R16, R18

使用avr-gcc（我不知道类似于gcc的-strict的ANSI开关）：

$ avr-gcc -O0 -mmcu=atmega8 -S -c main.c

生成的程序集：

ldd r25,Y+1
ldd r24,Y+2
add r24,r25
std Y+3,r24

两种情况下的结果代码都在一个字节上运行。我得到类似的结果|和＆amp;和逻辑||和＆amp;＆amp;这是否意味着该标准允许对charecter类型进行算术运算而不进行整数提升，或者仅仅意味着这些编译器不是标准的兼容性？

其他：

原来这一切都取决于存储结果的类型。上面显示的示例仅在结果存储在char中时才为真，并且它不依赖于添加的结果。将a设置为0xFF，将b设置为1将生成完全相同的汇编代码。

如果c的类型更改为unsigned int，则生成的程序集如下所示：

mov R2,R20
clr R3
mov R16,R18 
clr R17
add R16,R2 
adc R17,R3

即使在结果可以保持在单个字节中的情况下，即a = 1且b = 2。

Answer 1

C 2011（n1570）6.3.1.8（“常用算术转换”）1表示在之前执行整数提升，考虑类型是否相同：

否则，将对两个操作数执行整数提升。然后将以下规则应用于提升的操作数：


如果两个操作数具有相同的类型，则不需要进一步转换......


因此，在C抽象机器中，必须在执行算术之前将unsigned char值提升为int。（unsigned char和int具有相同大小的反常机器有一个例外。在这种情况下，unsigned char值会提升为unsigned int而不是int这是深奥的，在正常情况下无需考虑。）

在实际的机器中，操作必须以与在抽象机器中执行相同的结果的方式执行。因为只有结果很重要，所以实际的中间操作不需要与抽象机完全匹配。

如果将两个unsigned char值的总和分配给unsigned char对象，则总和将转换为unsigned char。这种转换实质上丢弃了超出适合unsigned char的位的位。

这意味着C实现会得到相同的结果：

将值转换为int。

使用int算术添加值。

将结果转换为unsigned char。

或者这个：

使用unsigned char算术添加值。

因为结果相同，所以C实现可以使用任何一种方法。

为了进行比较，我们可以考虑使用此语句：int c = a + b;。另外，假设编译器不知道a和b的值。在这种情况下，使用unsigned char算术进行添加可能会产生与将值转换为int并使用int算术不同的结果。例如，如果a为250且b为200，那么它们的总和为unsigned char值为194（250 + 200％256），但它们在int算术中的总和为450.因为存在差异，C实现必须使用获得正确总和的指令，450。

（如果编译器确实知道a和b的值，或者可以证明总和适合unsigned char，那么编译器可以再次使用unsigned char的运算。）

Answer 2

以下是C99的相关部分：

6.3.1算术操作数
   6.3.1.1布尔，字符和整数
  1每个整数类型都有一个整数转换等级，定义如下：
  ...
  2如果可以使用int或unsigned int，则可以在表达式中使用以下内容：
   - 具有整数类型的对象或表达式，其整数转换等级小于int和unsigned int的等级    - _Bool，int，signed int或unsigned int类型的位字段   如果int可以表示原始类型的所有值，则该值将转换为int;否则，它将转换为unsigned int。这些被称为整数促销。所有其他类型都不会被整数促销更改。

我同意这是模糊不清的，但这是你能找到的最接近w.r.t.将各种char或short或_Bool转换为int或unsigned int。

来自同一来源：

5.1.2.3程序执行
  在抽象机器中，所有表达式都按语义指定进行计算。实际实现不需要评估表达式的一部分，如果它可以推断出它的值没有被使用并且没有产生所需的副作用（包括由调用函数或访问易失性对象引起的任何副作用）。
  ...
  10例2执行片段
  char c1，c2;
  / * ...... * /
  c1 = c1 + c2;
  ''整数促销''要求抽象机器将每个变量的值提升为int大小，然后添加两个整数并截断总和。如果可以在没有溢出的情况下添加两个字符，或者通过静默溢出来生成正确的结果，则实际执行只需要产生相同的结果，可能省略促销。

Answer 3

在6.3.1.8（通常的算术转换，n1570）中，我们可以阅读

否则，将对两个操作数执行整数提升。然后将以下规则应用于提升的操作数：

所以整数提升是整数类型的通常算术转换的一部分。

因此，在abstratc机器中，必须完成到(unsigned) int的转换。

但是，通过“似乎”规则，如果行为与严格实现抽象机器的行为无法区分，那么实现可能会以不同的方式做事。

因此，如果保证仅使用单个字节的计算与促进int的计算具有相同的结果，则允许实现使用单字节算法。

Answer 4

如果计算机能够对小于int的类型执行操作，那么无论如何标准都永远不会阻止它。请记住，标准会尝试为编译器提供尽可能多的选项，并决定选择最适合他们的方法。

短语“没有算术由C以比int短的精度完成也是正确的。如果你密切注意，你会发现算术确实以不小于int的精度完成。但这并不意味着编译器被强制执行整数提升，因为它可以在示例程序中安全地执行字节操作并获得相同的精度。

Answer 5

我认为这里没有矛盾。只要可观察的结果就好像它将按照规定的方式进行，编译器就没有义务遵循任何特定的计算路径。

特别是对于你的情况，如果我们用升级到int（比如16位）进行计算：a提升为int具有相同的值，{{1也是。 b的值实际上是a + b，但是我们将它分配给unsigned char，它截取高8位，这与取结果(a + b) mod 2^16相同：{{1 }}

没有整数提升的计算会产生mod 2^8，这是完全相同的。

char和通常的算术转换规则

5 个答案: