为啥 ~(true^true) 不正确？布尔运算符（否定）适用于“无符号字符”，但不适用于布尔值？ (C++)

Posted 2023-02-24

【中文标题】为啥 ~(true^true) 不正确？布尔运算符（否定）适用于“无符号字符”，但不适用于布尔值？ (C++)

【英文标题】：Why ~(true^true) is not true? Boolean operators (negation) works for `unsigned char`s, but not for bools? (C++)为什么 ~(true^true) 不正确？布尔运算符（否定）适用于“无符号字符”，但不适用于布尔值？ (C++)

【发布时间】：2014-07-06 18:41:22

【问题描述】：

我听说除了 0 之外的“一切”通常都是真的。但是现在非常奇怪的事情发生在我身上......或者我只是认为我以正确的方式做这件事而我没有。以下是正在发生的事情：

当我想检查 a 是否等同于 b 时，我可以使用NOT(a XOR b)。例如，当我检查unsigned char 时，一切正常

unsigned char a = 5;
unsigned char b = 3;
unsigned char c = ~(a^b);

给我c == 249:

a 是：00000101，即 5。

b 为：00000011，即 3。

~(a^b) 为：11111001，即 249。

现在，让我们用bool's 试试这个。

cout << ~(true^true) << ~(true^false) << ~(false^true) << ~(false^false) << endl;
cout << ~(~(true^true)) << ~(~(true^false)) << ~(~(false^true)) << ~(~(false^false)) << endl;

if (~(true^true) == true)
    cout << "true";
else
    cout << "false";

这给了我控制台：

-1-2-2-1
0110
false

虽然我预计第一行是：

1001

问了一个朋友后，他建议我试试!而不是~，看看它是否能正常工作。而且（我认为）它现在可以正常工作。但我不明白为什么。布尔否定不应该对布尔值起作用吗？

【问题讨论】：

布尔否定确实适用于布尔值。 bitwise-NOT 没有。

A bool 不止一位。 ~ 翻转每一位。

它是真的，它只是不等于到true。

我们有多少种否定？我正在使用这个页面：cplusplus.com/doc/boolean，并且只提到了一个。

@Kusavil Kerrek 得到了一个很好的答案，你一定要读一读。

【参考方案1】：

~ 是按位非。

例如~0 对于 unsigned char 是 255，而 255 != true。

【参考方案2】：

逻辑否定和按位否定是有区别的。按位取反翻转变量中的位，逻辑取反翻转逻辑值，即真/假。例如，考虑数字 5，以二进制表示为 101。如果只翻转位 (~5)，您将得到 11111010，这不是假的，因为在 c++ 中只有全零是假的。但是如果你计算 (!5) 你会得到全零，这将在一个条件内起作用。

【参考方案3】：

您误解了算术转换。当您对某个整数类型的表达式e 说~e 时，该值首先被提升为至少int，对于e1 ^ e2 也是如此（对于任何算术表达式，就此而言）。所以true ^ true首先将其操作数提升为int，产生1 ^ 1，这确实是0，因此你最终得到~0，在你的平台上是-1。

你可以通过将结果转换回bool来模糊地理解你的操作：

std::cout << static_cast<bool>(~(true ^ true))

在您的最后一个问题中，由于您有一个带有 == 运算符的表达式，其中两个操作数具有不同的类型，因此两个操作数都被提升为公共类型，这又是 int，而 -1 不同于1。同样，您可以先将两个操作数都转换为 bool 以获得所需的相等性。

---

元教训是，C++ 中作用于整数的内置运算符实际上只作用于int 和更宽的类型，但不能作用于任何较短的类型（bool、char、short）（类似的考虑适用于通过省略号传递整数）。虽然这有时可能会引起一些混乱，但我想它也稍微简化了语言规则。这都是 C++ 的 C 遗产的一部分。

【讨论】：

谢谢，我想我现在明白了:)

“误解”？这是一个词，还是一个笑话从我头上飞过？

@Quentin：不能两者兼而有之吗？ :-)

【参考方案4】：

我听说很多时候除了 0 之外的“一切”都是真的

它适用于例如 if 语句中的条件（这里和下面我引用 C++ 标准）

作为表达式的条件的值是 表达式，上下文转换为布尔语句，而不是 切换

例如，如果你写成

if (~(true^true) )
    cout << "true";
else
    cout << "false";

代替你的代码sn-p

if (~(true^true) == true)
    cout << "true";
else
    cout << "false";

或者当使用逻辑否定运算符!时

9 逻辑否定运算符的操作数！是上下文的 转换为 bool（第 4 条）；如果转换后，它的值为真 操作数为假，否则为假。结果的类型是bool

至于运营商== 那么

6 如果两个操作数都是算术或枚举类型，通常 对两个操作数执行算术转换；每个 如果指定的关系为真，则运算符应为真，并且 如果为假，则为假。

那是在

if (~(true^true) == true)

应用了通常的算术转换，即布尔值 true 被转换为整数值 1 并且它不等于左操作数的表达式，因为左操作数的内部二进制表示不同于 1，如您的第一个输出所示代码 sn-p..

【讨论】：

很好的答案，现在我很清楚到底发生了什么，谢谢！我在哪里可以找到您引用的标准？我在谷歌搜索时有点困惑。

@Kusavil 您可以在open-std.org/jtc1/sc22/wg21找到该标准的工作草案

【参考方案5】：

仅考虑您的第一个示例，

~(true^true)

首先将^的操作数提升为int，这样就相当于

~(1^1)

然后将 1 与自身异或产生一个全零位模式，无论int 表示如何，它都表示值 0：

~0

这会将全零位模式中的每一位反转为 0，从而产生所有位为 1 的位模式，例如对于 32 位 int，

int( 0xFFFFFFFF )

使用现在几乎通用的有符号整数的二进制补码形式表示，这就是值 -1。

因此你的输出是

-1