在 C 中链接移位运算符后的意外结果

Posted 2023-02-16

【中文标题】在 C 中链接移位运算符后的意外结果

【英文标题】：Unexpected result after chaining bit-shift operators in C

【发布时间】：2016-09-13 09:06:48

【问题描述】：

我不明白为什么链接位移操作不会返回与不链接它们相同的结果。

#include <stdio.h>

void bit_manip_func(unsigned char byte)

    unsigned char chain = (((byte >> 3) << 7) >> 3);
    printf("%d\n", chain); //this prints 144

    unsigned char o1 = byte >> 3;
    unsigned char o2 = o1 << 7;
    unsigned char o3 = o2 >> 3;
    printf("%d\n", o3); //this prints 16 as expected


int main()

    //expecting both printf's to print
    //the same value (16).
    bit_manip_func(73);
    return 0;

我希望 printf 调用都打印出 16，因为二进制中的 73 是 0100 1001。应用 byte >> 3 后，我应该得到 0000 1001，在 (byte >> 3) << 7 之后，结果应该是 1000 0000，在 @987654328 之后@结果应该是0001 0000，当然是16。到底发生了什么？

【问题讨论】：

Integer promotion，每隔一段时间就会有人问这样的问题。

可能，但我不知道这与整数提升有关。

要记住一条重要的规则：int 是 C 中的一种特殊类型，所有较小的类型在计算过程中都会被提升为 int。这也是为什么为 16 位架构编译的源代码（其中int 是 16 位宽）在编译为 32 位时会有不同的行为。

Why does combining two shifts of a uint8_t produce a different result?的可能重复

Unexepected behavior from multiple bitwise shifts on the same line

【参考方案1】：

运算符 >> 和

在下面一行中，变量 byte 被提升为 int 类型，然后三个操作都在这个类型上进行：

unsigned char chain = (((byte >> 3) << 7) >> 3);

因此，最左边设置为 1 的位被保留：

01001001 => 01001 => 010010000000 => 010010000 
 ^           ^        ^               ^

在下面的代码中，变量被提升为 int 类型，但是在每次操作之后，具有 int 类型的结果被分配给一个 unsigned char 并因此换行（最高有效位被删除）， 因为 unsigned char 在您的平台上的范围是 [ 0 , 2^8-1 ]。

unsigned char o1 = byte >> 3;
unsigned char o2 = o1 << 7;
unsigned char o3 = o2 >> 3;

这意味着设置为 1 的最左边的位不被保留：

01001001 => 01001 => 10000000 => 000010000
 ^           ^       

【讨论】：

这个解释太棒了

@cuvidk 谢谢，我试试。

【参考方案2】：

在

unsigned char chain = (((byte >> 3) << 7) >> 3);

((byte >> 3) << 7) 被提升为int，然后在int 上执行>> 3

包裹到unsigned char (mod 256) 你得到((73 >> 3) << 7) >> 3) % 256 = 144

使用演员表：

unsigned char chain = ((unsigned char)((byte >> 3) << 7) >> 3);

【讨论】：

在一般情况下，最好将输入byte 转换为unsigned int，然后将最终结果显式转换为unsigned char。中间转换为unsigned char 仅在有意丢失最高有效位时才有意义，因为它将再次提升为int。拆分操作会更清楚。此外，右移负整数值的结果是实现定义的，因此位移操作应始终对秩为unsigned int或更高的无符号整数类型进行。固定宽度<stdint.h> 类型的加分。

你的意思是(unsigned char)((((unsigned int)byte >> 3) << 7) >> 3))?，这不是想要的输出（16），仍然是144

不，这并不意味着对于数据丢失是的特定情况。因此“在一般情况下”，仅作为附加信息。您的回答已经涵盖了这种具体情况。