左移中整数文字后缀的用途

Question

在 C 语言中，许多运算都采用位移位，其中经常使用整数文字。例如，考虑以下代码片段：

#define test_bit(n, flag) (1UL << (n) & (flag))

据我所知，整数文字后缀UL应该抑制移位中不需要的行为，例如对有符号整数进行符号扩展可能会导致设置多个位。但是，如果情况只是进行左移，如上所示，我们还需要整数文字后缀吗？

由于左移不会导致意外行为，因此我无法弄清楚其目的是什么。像上面这样的代码经常出现在Linux内核等项目中，这让我觉得一定是有需要的。UL有谁知道这种情况下后缀的用途吗？

Answer 1

如果你int是 32 位的，并且你有

#define test_bit(n, flag) ((1 << (n)) & (flag))

thentest_bit(31, flag)由于有符号整数溢出而具有未定义的行为。 为什么无符号整数溢出定义了行为，但有符号整数溢出却没有定义？

使1无符号类型避免了 UB。制作它unsigned long（这就是1UL实现的目标）允许将相同的宏用于更宽的掩模。例如，在int32 位和long64 位的系统上，通过使用1UL您可以安全地使用位到test_bit(63, flag).

Answer 2

符号扩展仅适用于右移，因此不适用。

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<<定义如下：

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C23 \xc2\xa76.5.7 \xc2\xb64 的结果为E1 << E2左E1移位E2；空出的位用零填充。如果E1具有无符号类型，则结果的值为, 环绕。如果具有有符号类型和非负值，并且可以在结果类型中表示，则这就是结果值；否则，行为是未定义的。E1 \xc3\x97 2E2E1E1 \xc3\x97 2E2

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左移值有两种方式导致基于以下的未定义行为E1：^[1]

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• E1具有有符号类型和负值。
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• E1具有有符号类型和非负值，并且是不可表示的。E1 \xc3\x97 2E2
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在我们的例子中，E1是一个正值，因此前者不适用。但是，后者可能适用，具体取决于 的类型E1。

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让我们看看不同类型在两个系统上得到的结果。

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• 系统“L”有32位int和64位long（例如x86-64上的Linux）。
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• 系统“W”有32位int和32位long（例如Windows on x86-64）。
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执行	用法	“L”的结果	“W”的结果
1 << (n)	test_bit( 31, flag )	未定义的行为	未定义的行为
1L << (n)	test_bit( 31, flag )	好的（因为 long 是 64 位）	未定义的行为
1U << (n)	test_bit( 31, flag )	好的	好的
1U << (n)	test_bit( 63, flag )	结果不正确	\xe2\x80\x94
1L << (n)	test_bit( 63, flag )	未定义的行为	\xe2\x80\x94
1UL << (n)	test_bit( 63, flag )	好的	\xe2\x80\x94

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因此，假设您希望能够测试flag

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• 1Uflag如果可以是 asigned int或 anunsigned int或更短，则需要。
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• 1ULflag如果也可以是 asigned long或 an ，则需要unsigned long。
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1. 未定义的行为也可能基于 的值而产生E2。E2如果为负数、等于 的宽度E1或大于 的宽度，则会发生这种情况E1。test_bit这对\ 的第一个参数的有效值施加了限制。
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Answer 3

整数文字“UL”

...不被称为“整数文字”。该术语根本没有在 C 语言规范中使用，并且它有与“整数常量”混淆的风险，而“整数常量”1UL就是一个例子。非正式地，您可以将（整个）整数常量称为“整数文字”，而不是单独的“UL”部分。“UL”本身可以称为“后缀”，如果我们从语言规范中的形式语法中提取名称，那么我们可以更具体地将其称为“整数后缀”。

恕我直言，整数文字“UL”应该抑制不需要的移位，例如对带符号整数进行符号扩展可能会导致设置多个位。

用后缀表示整型常量的主要目的是控制其数据类型。 1UL具有 type unsigned long int，而无后缀的1具有 type int。

但是，如果情况是，仅进行逻辑左移，如上所示，我们还需要整数文字吗？

在按位移位运算中，左操作数的类型就是结果的类型，并且它可以影响结果的值。它还会影响表达式的求值是否具有定义的行为。

对于您提供的特定宏，使用是否重要而1UL不仅仅1取决于宏的使用方式。但也有一些完全合理的用途，使用它们1UL可以产生预期的效果，但实际上却1没有。

由于左移不会导致意外行为，

您的意思是未定义的行为吗？就 C 而言，有符号类型的值（甚至是正值）的左移绝对可能会产生未定义的行为。在行为未定义的情况下，您完全没有理由假设结果将是您所期望或意图的。

我无法弄清楚它的目的是什么。

即使我们忽略有关符号性的问题，如果int和 的long int大小不同（通常情况下），那么1U << n可能会产生与实际情况不同的、明确定义的结果1UL。在这种情况下，尽管存在未定义的行为，但期望1 << n计算出相同的结果是不合理的1UL << n。