为什么在一个表达式中同时使用左移和右移会有所不同？

Question

我有以下代码：

unsigned char x = 255;
printf("%x\n", x); // ff

unsigned char tmp = x << 7;
unsigned char y = tmp >> 7;
printf("%x\n", y); // 1

unsigned char z = (x << 7) >> 7;
printf("%x\n", z); // ff

我会期望y并且z是一样的。但它们因是否使用中间变量而异。知道为什么会这样会很有趣。

Answer 1

这个小测试实际上比它看起来更微妙，因为行为是实现定义的：

• unsigned char x = 255; 这里没有歧义，x是一个unsigned char带值255，类型unsigned char保证有足够的范围来存储255。

• printf("%x\n", x);这产生ff在标准输出但它是清洁器写printf("%hhx\n", x);为printf期望的unsigned int转换%x，这x是没有的。传递x实际上可能传递一个int或一个unsigned int参数。

• unsigned char tmp = x << 7;为了评价表达x << 7，x作为一个unsigned char第一经历整数优惠在C标准中定义6.3.3.1：如果一个int可以表示原始类型的所有值（如由宽度的限制，对于一个位字段），该值被转换为的int; 否则，它被转换为unsigned int。这些被称为整数提升。

  因此，如果 in 中的值位数unsigned char小于或等于int（目前最常见的情况是 8 对 31），x则首先将其提升为int具有相同值的 ，然后向左移动7位置。结果 ,0x7f80保证适合int类型，因此行为定义良好，将此值转换为类型unsigned char将有效地截断值的高位。如果 typeunsigned char有 8 位，则值将是128( 0x80)，但如果 typeunsigned char有更多位，则中的值tmp可以是0x180、0x380、0x780、0xf80、0x1f80，0x3f80甚至是0x7f80。

  如果类型unsigned char大于int，这可能发生在罕见的系统上sizeof(int) == 1，其中,x被提升到unsigned int并在此类型上执行左移。值 is 0x7f80U，它保证适合类型unsigned int并且存储它tmp实际上不会丢失任何信息，因为类型unsigned char与unsigned int. 所以在这种情况下tmp会有价值0x7f80。

• unsigned char y = tmp >> 7;求值过程同上，tmp被提升到int或unsigned int依赖于系统，该系统保留其值，并将该值右移 7 个位置，这是完全定义的，因为7小于类型 ( intor unsigned int)的宽度，并且值为正。根据类型的位数，unsigned char存储在中的值y可以是1, 3, 7, 15, 31, 63, 127or 255，最常见的体系结构将具有y == 1。

• printf("%x\n", y);再次，这将是更好吨写入printf("%hhx\n", y);和输出可以是1（最常见的情况），或者3，7，f，1f，3f，7f或ff根据在类型值的位的数目unsigned char。

• unsigned char z = (x << 7) >> 7;x如上所述执行整数提升，255然后将值 ( ) 左移 7 位作为 anint或 an unsigned int，始终产生0x7f80然后右移 7 个位置，最终值为0xff。这种行为是完全定义的。

• printf("%x\n", z);再一次，格式字符串应该是printf("%hhx\n", z);，输出将始终是ff.

如今，字节超过 8 位的系统变得越来越少，但某些嵌入式处理器（例如专用 DSP）仍在这样做。当unsigned char为%x转换说明符传递 an 时，需要一个反常的系统才会失败，但是使用%hhx或更可移植地编写更干净printf("%x\n", (unsigned)z);

在这个例子中，用by8而不是Shift7会更加人为。它在 16-bitint和 8-bit系统上会有未定义的行为char。

Answer 2

最后一种情况下的“中间”值是（完整的）整数，因此移出原始值“超出范围”的位 unsigned char保留类型因此当结果转换回单个字节时它们仍会设置。

从这个C11 草案标准：

6.5.7 按位移位运算符
...
3 对每个操作数执行整数提升。结果的类型是提升的左操作数的类型...

但是，在您的第一种情况下，当生成的“完整”整数被转换（即截断）回单个字节时unsigned char tmp = x << 7;，将tmp丢失六个“高”位，给出的值为; 当它在 中右移时，结果是（如预期的）。0x80unsigned char y = tmp >> 7;0x01

Answer 3

没有为这些char类型定义移位运算符。任何char操作数的值都被转换为int，表达式的结果被转换为char类型。因此，当您将左移和右移运算符放在同一个表达式中时，计算将作为类型执行int（不丢失任何位），结果将转换为char.