Question

背景

很长一段时间，gcc has been providing有许多内置的比特函数，特别是尾部和前导0比特的数量（也适用于long unsigned和long long unsigned后缀l和ll）：

- 内置函数：int __builtin_clz (unsigned int x)

返回   x中的前导0位数，从最高位开始   位置。如果x为0，则结果未定义。

- 内置函数：int __builtin_ctz (unsigned int x)

返回   x中的尾随0位数，从最低有效位开始   位置。如果x为0，则结果未定义。

然而，在我测试的每个在线（免责声明：仅x64）编译器上，结果是clz(0)和ctz(0)都返回底层内置类型的位数，例如

#include <iostream>
#include <limits>

int main()
{
    // prints 32 32 32 on most systems
    std::cout << std::numeric_limits<unsigned>::digits << " " << __builtin_ctz(0) << " " << __builtin_clz(0);    
}

Live Example。

尝试解决方法

std=c++1y模式下的最新Clang SVN中继使所有这些函数放宽了C ++ 14 constexpr，这使得它们可以在SFINAE表达式中用于3 {3}周围的包装函数模板。 {1}} / ctz内置clz，unsigned和unsigned long

unsigned long long

此hack的好处是，为template<class T> // wrapper class specialized for u, ul, ull (not shown) constexpr int ctznz(T x) { return wrapper_class_around_builtin_ctz<T>()(x); } // overload for platforms where ctznz returns size of underlying type template<class T> constexpr auto ctz(T x) -> typename std::enable_if<ctznz(0) == std::numeric_limits<T>::digits, int>::type { return ctznz(x); } // overload for platforms where ctznz does something else template<class T> constexpr auto ctz(T x) -> typename std::enable_if<ctznz(0) != std::numeric_limits<T>::digits, int>::type { return x ? ctznz(x) : std::numeric_limits<T>::digits; }提供所需结果的平台可以省略额外的条件来测试ctz(0)（这可能看起来是微优化，但是当你已经失败时到内置的比特功能水平，它可以产生很大的不同）

问题

内置函数族x==0和clz(0)如何未定义？

他们可以抛出ctz(0)例外吗？
对于x64，它们是否会为当前的gcc发行版返回底层类型的大小？
是ARM / x86平台的任何不同（我无法访问它来测试那些）？
上面的SFINAE技巧是一种明确定义的方法来分离这些平台吗？

Answer 1

值未定义的原因是它允许编译器使用未定义结果的处理器指令，而这些指令是获得答案的最快方法。

但重要的是要明白，不仅结果不明确;他们是不确定的。例如，在给出英特尔指令参考的情况下，它对于返回当前时间的低7位的指令是有效的。

这里有趣/危险：编译器编写者可以利用这种情况来生成更小的代码。考虑一下代码的非模板专业化版本：

using std::numeric_limits;
template<class T>
constexpr auto ctz(T x) {
  return ctznz(0) == numeric_limits<T>::digits || x != 0
       ? ctznz(x) : numeric_limits<T>::digits;
}

这适用于已决定返回ctznz（0）的#bits的处理器/编译器。但是，如果处理器/编译器决定返回伪随机值，编译器可能会决定“我被允许返回我想要的任何ctznz（0），如果我返回#bits，代码会更小，所以我会” 。然后代码最终会一直调用ctznz，即使它产生了错误的答案。

换句话说：编译器的未定义结果不能保证与运行程序的未定义结果相同。

真的没办法解决这个问题。如果必须使用__builtin_clz，源操作数可能为零，则必须始终添加检查。

Answer 2

不幸的是，即使x86-64实现也有所不同 - 来自英特尔的instruction set reference，BSF和BSR，源操作数值为(0)，离开目标 undefined ，并设置ZF（零标志）。因此，微架构或AMD和英特尔之间的行为可能不一致。（我相信AMD不会修改目的地。）

较新的LZCNT和TZCNT指令无处不在。两者都只出现在Haswell架构中（针对英特尔）。

未定义的是__builtin_ctz（0）还是__builtin_clz（0）？

背景

尝试解决方法

问题

2 个答案: