在 C 中，如果我们在同一操作中将位左移超出范围并再次右移值会发生什么

Question

在 unsigned short 的情况下，我将 383 向左移动了 11 个位置，然后在同一条指令中再次将其向右移动了 15 个位置，我预计该值为 1 但它是 27。但是当我在不同的指令中同时使用这两个移位操作时之后（先左移，然后右移），输出为 1。这是一个示例代码：-

unsigned short seed = 383;
printf("size of short: %d\n",sizeof(short));
unsigned short seedout,seed1,seed2,seed3,seedout1;
seed1 = (seed<<11);
seed2 = (seed1>>15);
seed3 = ((seed<<11)>>15);
printf("seed1 :%d\t  seed2: %d\t seed3: %d\n",seed1,seed2,seed3);

它的输出是：

size of short: 2
seed1 :63488      seed2: 1       seed3: 23    
seedout1: 8     seedout :382
Process returned 0 (0x0)   execution time : 0.154 s

Answer 1

关于左移、类型符号和隐式提升：

每当某些内容左移到有符号整数类型的符号位时，我们就会调用未定义的行为。同样，当左移负值时，我们也会调用未定义的行为。

因此，我们必须始终确保 的左操作数<<是无符号的。问题是，这是一个小整数类型，因此每当在表达式中使用时，它都会受到隐式类型提升的unsigned short影响。移位运算符总是整数提升左操作数：

C17 6.5.7：

对每个操作数执行整数提升。结果的类型是提升后的左操作数的类型。

（这使得移位成为一种特殊情况，因为它们不关心右操作数的类型，而只查看左操作数。）

unsigned short因此，在 16 位系统中，您将遇到提升为 的情况unsigned int，因为 16 位int无法保存 16 位 的所有值unsigned short。没关系，这不是危险的转换。

然而，在 32 位系统上，unsigned short将升级到int已签名的位置。如果你左移一个像0x8000(MSB) 设置 15 位或更多的值，你最终会将数据移入提升的符号位int，这是一个微妙且可能严重的错误。例如，在我的 Windows 计算机上打印“oops”：

#include <stdio.h>

int main (void)
{
  unsigned short x=0x8000;
  if((x<<16) < 0) ) // undefined behavior
    puts("oops");
}

但编译器也可以假设左移x永远不会产生值< x，并在优化时删除整个机器代码。

我们需要确保我们永远不会意外地得到签名类型！这意味着我们必须知道隐式类型提升在 C 中是如何工作的。

至于左移unsigned int或更大的无符号类型，只要我们的移位不超过（提升的）类型本身的宽度（在 32 位系统上超过 31 位），那就是完全明确定义的。移出的任何位都将被丢弃，如果右移，它将始终是逻辑移位，其中零从右侧移入。

回答实际问题：

您的unsigned short整数int在 32 位系统上提升为整数。这允许移动超出无符号短整型的 16 位，但是如果您通过将结果保存在 an 中来丢弃这些额外的位unsigned short，则最终会得到以下结果：

383 = 0x17F  
0x17f << 11 = 0xBF800  
0xBF800 truncated to 16 bits = 0xF800 = 63488
0xF800 >> 15 = 0x1

但是，如果跳过中间步骤截断到 15 位，则会出现以下情况：

0xBF800 >> 15 = 0x17 = 23

但同样，这只是运气，因为这次我们最终没有将数据移入符号位。

另一个例子，执行此代码时，您可能期望获得值 0 或值 32768：

unsigned short x=32768;
printf("%d", x<<16>>16);

但它在我的 2 台补充 PC 上打印 -32768。调用x<<16未定义的行为，然后>>16明显的符号扩展了结果。

这些微妙的转变错误很常见，特别是在嵌入式系统中。数量惊人的所有 C 程序都是由不了解隐式提升的人编写的。

Answer 2

为了清楚起见，您比较

unsigned short seed1 = (seed<<11);
unsigned short seed2 = (seed1>>15);

一方面和

unsigned short seed3 = ((seed<<11)>>15);

另一方面。

第一个获取移位操作的结果，将其存储在一个unsigned short变量中（在您的平台上显然是 16 位），然后再次右移这个结果。

第二个立即改变结果。

这是不同的原因。左移的位保留如下：

虽然seed是unsigned short，seed<<11是signed int。因此，这些位不会像存储结果时那样被截断，而是保留在中间signed int. 只有赋值给seed1值unsigned short，这会导致位的裁剪。

换句话说：你的第二个例子仅仅相当于

int seed1 = (seed<<11); // instead of short
unsigned short seed2 = (seed1>>15);

Answer 3

我将 383 向左移动 11 个位置，并在同一条指令中再次将其向右移动 15 个位置，我预计该值为 1，但结果是 27

简单的数学计算，你将它向右移动了 4 位，相当于除以 16。

将 383 除以 16，得到 27（当然是整数除法）。

请注意，“简单地将其移位 4 位”部分成立是因为：

1. 你使用了一个unsigned操作数，这意味着你右移时没有“拖1”
2. 左移操作可能会在您的平台上返回一个无符号整数（32 位），因此在该部分期间不会丢失任何数据。

顺便说一句，关于上面的第二个项目符号 - 当您分部分执行此操作并将中间结果存储到 中时unsigned short，您确实会丢失数据并得到不同的结果。

换句话说，在执行 时seed<<11，编译器使用 32 位运算，而在将其存储到 时seed1，仅保留先前结果的 LSB 部分。

编辑：

上面的 27 应该是 23。我从你的描述中复制了这个，但没有检查，尽管我看到你确实在你的问题下面提到了 23，所以我假设 27 是一个简单的拼写错误......