Question

我试图不使用头文件int, char, short, long来打印最少<limit.h>。因此按位操作将是一个不错的选择。但是发生了一些奇怪的事情。

声明

printf("The minimum of short: %d\n", ~(((unsigned short)~0) >> 1));

给我

The minimum of short: -32768

但声明

printf("The minimum of short: %d\n", ~((~(unsigned short)0) >> 1));

给我

The minimum of short: 0

此现象也发生在char中。但是它不会在long, int中发生。为什么会这样？

值得一提的是，我使用VS Code作为编辑器。当我将光标移到语句中的unsigned char

上时

printf("The minimum of char: %d\n", (short)~((~(unsigned char)0) >> 1));

它给了我一个提示(int) 0而不是我期望的(unsigned char)0。为什么会这样？

Answer 1

首先，您的代码中没有一个是真正可靠的，不会满足您的期望。

printf和所有其他可变参数长度函数具有一个功能异常的“功能”，称为“ 默认参数提升”。这意味着传递的参数的实际类型会进行静默提升。小整数类型（例如char和short）将提升为已签名的int。（并且float升为两倍。）Tl; dr：printf是一个坚果函数。

因此，您可以在所需的各种小整数类型之间进行强制转换，最后仍将提升为int。如果您为预期的类型使用了正确的格式说明符，那么这没问题，但是您没有使用%d来表示int。

此外，~运算符与C中的大多数运算符一样，对其操作数执行隐式整数提升。参见Implicit type promotion rules。

话虽这么说，这一行~((~(unsigned short)0) >> 1)执行以下操作：

采用类型为0的文字int并转换为unsigned short。
通过隐式整数提升将unsigned short隐式提升回int。
计算int值0的按位补数。这是0xFF...FF十六进制，-1十进制，假定2的补数。
将此int右移1。在此，您在移负整数时调用实现定义的行为。 C允许它要么导致逻辑移位=零移位，要么导致算术移位=符号位移位。编译器与编译器之间的结果不同且不可移植。

如果发生逻辑移位，则得到0x7F...FF，而如果发生算术移位，则得到0xFF...FF。在这种情况下，似乎是后者，这意味着您在转换后仍然还有小数点-1。
您对0xFF...FF = -1进行按位补码，得到0。
您将其投放到short。仍然0。
默认参数提升将其转换为int。仍然0。
%d期望int并因此进行打印。 unsigned short用%hu打印，short用%hd打印。使用正确的格式说明符应消除默认参数提升的影响。

建议：研究隐式类型提升，并避免在具有符号类型的操作数上使用按位运算符。

要简单地显示各种有符号类型的最低2的补码值，您必须对无符号类型进行一些欺骗，因为对它们的有符号版本进行按位运算是不可靠的。示例：

int shift = sizeof(short)*8 - 1;  // 15 bits on sane systems
short s = (short) (1u << shift);
printf("%hd\n", s);

这会将无符号int 1u移15位，然后以某种“实现定义的方式”将其结果转换为short，这意味着在二进制补码系统上，您最终将0x8000转换为-32768。

然后为printf提供正确的格式说明符，您将从那里得到预期的结果。