Question

我有很多代码对无符号整数执行按位运算。我编写了我的代码，假设这些操作是在固定宽度的整数上，没有任何填充位。例如，一个32位无符号整数数组，其中每个整数都有32位可用。

我希望让我的代码更具可移植性，我专注于确保我C89 compliant（在这种情况下）。我遇到的一个问题是填充整数。以这个极端的例子为例，取自GMP manual：

然而，在Cray矢量系统上，可以注意到short和int总是存储在8个字节中（并且sizeof表示）但仅使用32或46位。指甲功能可以通过传递8*sizeof(int)-INT_BIT来解决这个问题。

我也在其他地方读过这种类型的填充。我昨晚真的在SO上看了一篇文章（请原谅我，我没有链接，我要引用类似记忆的东西），如果你有一个带有60个可用位的双重，另外4个可以用于填充和那些填充位可以用于某些内部目的，因此它们不能被修改。

所以让我们假设我的代码是在一个平台上编译的，其中unsigned int类型的大小为4个字节，每个字节为8位，但最重要的2位是填充位。在这种情况下，UINT_MAX是0x3FFFFFFF（1073741823）吗？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

/* padding bits represented by underscores */
int main( int argc, char **argv )
{
    unsigned int a = 0x2AAAAAAA; /* __101010101010101010101010101010 */
    unsigned int b = 0x15555555; /* __010101010101010101010101010101 */
    unsigned int c = a ^ b; /* ?? __111111111111111111111111111111 */
    unsigned int d = c << 5; /* ??  __111111111111111111111111100000 */
    unsigned int e = d >> 5; /* ?? __000001111111111111111111111111 */

    printf( "a: %X\nb: %X\nc: %X\nd: %X\ne: %X\n", a, b, c, d, e );
    return 0;
}

使用填充位XOR两个整数是否安全？
不管填充位是什么，我不会XOR吗？

我无法在C89中找到此行为。

此外，c变量保证为0x3FFFFFFF，或者例如，如果两个填充位在a或b中都打开，c会0xFFFFFFFF吗？

与d和e相同的问题。我是通过移动来操纵填充位吗？我希望在下面看到这一点，假设32位用于填充的2个最高有效位，但我想知道这样的事情是否有保证：

a: 2AAAAAAA
b: 15555555
c: 3FFFFFFF
d: 3FFFFFE0
e: 01FFFFFF

填充位总是最重要的位还是最低位？

编辑12/19/2010美国东部时间下午5点：Christoph回答了我的问题。谢谢！
我还问过（上面）填充位是否总是最重要的位。这在C99标准的基本原理中引用，答案是否定的。我正在玩它安全并假设C89相同。以下是C99基本原理对§6.2.6.2（整数类型的表示）所说的内容：

填充位是用户可访问的无符号整数类型。例如，假设一台机器使用一对16位短路（每个都有自己的符号位）来构成一个32位的int，而在这个32位的int中使用时，忽略了short short的符号位。然后，作为32位有符号整数，在确定32位有符号int的值时会忽略一个填充位（在32位的中间）。但是，如果将此32位项目视为32位无符号整数，则该填充位对用户程序可见。 C委员会被告知有一台机器以这种方式工作，这就是填充位被添加到C99的一个原因。

脚注44和45提到奇偶校验位可能是填充位。委员会不知道任何具有用户可访问的奇偶校验位的机器在整数内。因此，委员会不知道任何将奇偶校验位视为填充位的机器。

编辑12/28/2010美国东部时间下午3点：几个月前我在comp.lang.c上发现了一个有趣的讨论。

Dietmar提出的一点我感兴趣：

让我们注意，填充位不是存在陷阱表示所必需的;不代表对象类型值的值位组合也可以。

Answer 1

按位运算（如算术运算）对值进行操作并忽略填充。实现可能会也可能不会修改填充位（或在内部使用它们，例如作为奇偶校验位），但便携式C代码将永远无法检测到这一点。任何值（包括UINT_MAX）都不包括填充。

如果您使用sizeof (int) * CHAR_BIT之类的东西，然后尝试使用shift来访问所有这些位，那么整数填充可能会导致问题。如果您想要可移植，请仅使用（unsigned）char，固定大小的整数（添加C99）或以编程方式确定值位数。这可以在编译时使用预处理器通过比较UINT_MAX与2的幂或在运行时使用位操作来完成。

修改

C90根本没有提到整数填充，但据我所知，“隐形”前置或尾随整数填充位不应违反标准（我没有通过所有相关部分来确保这是但事实确实如此）;如在C99原理中提到的，混合填充和值位有问题，否则标准就不需要改变了。

关于用户可访问的含义：填充位是可访问的，只要你可以通过使用foo上的位操作来获得((unsigned char *)&foo)[…]（包括填充）的任何位。但是在修改填充位时要小心：结果不会改变整数的值，但可能会创建陷阱表示。在C90的情况下，这是隐式未指定的（如未提及的那样），在C99的情况下，它是实现定义的。

这不是基本原理引用的内容：引用的体系结构通过两个16位整数表示32位整数。在无符号类型的情况下，结果整数具有32个值位并且精度为32;在有符号整数的情况下，它只有31个值位且精度为30：16位整数的符号位之一用作32位整数的符号位，另一个被忽略，从而创建由值位包围的填充位。现在，如果您将32位有符号整数作为无符号整数（明确允许并且不违反C99别名规则）访问，则填充位将成为（用户可访问的）值位。

无符号整数中的填充位和C89中的按位运算

1 个答案: