char和通常的算术转换规则

Question

我知道这个问题已被提出并且似乎已经回答了无数次,但我似乎无法将答案与我自己的经验相匹配.

C标准规定,对于加法"两个操作数应具有算术类型"(6.5.6.1).Arithemitc类型包括整数和浮点类型(6.2.5.18),最后整数类型是char,short,int,long和long long,它们以有符号和无符号类型(6.2.5.4和6.2.5.6)存在.根据通常算术转换的规则"如果两个操作数具有相同的类型,则不需要进一步转换." 到现在为止还挺好.

我的理解,正如"C书"中所示,"[n] o算术由C以比int短的精度完成",这是应用积分推广的地方.我在标准中找不到对此的参考,我似乎已经多次看过这个.

由于unsigned char是一种算术类型,并且通常算术转换的规则表明相同类型的操作数不需要转换,为什么需要进行积分提升？

我使用两个不同的编译器测试了这个.我写了一个简单的程序,它添加了char:

unsigned char a = 1;
unsigned char b = 2;
unsigned char c = a + b;

目标平台是使用8位架构的Atmel Mega8 uC.因此,如果操作数应该进行整体提升,则整数加法将需要使用两个寄存器.

使用imagecraft avr编译器进行编译,没有优化,并且启用了严格的ANSI C可移植性选项,产生了这个汇编代码:

mov R16, R20
add R16, R18

使用avr-gcc(我不知道类似于gcc的-strict的ANSI开关):

$ avr-gcc -O0 -mmcu=atmega8 -S -c main.c

结果汇编:

ldd r25,Y+1
ldd r24,Y+2
add r24,r25
std Y+3,r24

两种情况下的结果代码都在单个字节上运行.我得到类似的结果| 和&和逻辑|| 和&&.这是否意味着该标准允许对charecter类型进行算术运算而不进行整数提升,或者仅仅意味着这些编译器不是标准的兼容性？

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额外:

事实证明,这一切都取决于存储结果的类型.上面显示的示例仅在结果存储在char中时才为真,并且它不依赖于添加的结果.将a设置为0xFF并将b设置为1会生成完全相同的汇编代码.

如果c的类型更改为unsigned int,则生成的程序集如下所示:

mov R2,R20
clr R3
mov R16,R18 
clr R17
add R16,R2 
adc R17,R3 

即使在结果可以保持在单个字节中的情况下,即a = 1且b = 2.

Answer 1

C 2011(n1570)6.3.1.8("常用算术转换")1表示在考虑类型是否相同之前执行整数提升:

否则,将对两个操作数执行整数提升.然后将以下规则应用于提升的操作数:

如果两个操作数具有相同的类型,则不需要进一步转换...

因此,在C抽象机器中,unsigned char必须在int执行算术之前将值提升到.(这里是不正当的机器有例外事件unsigned char,并int具有相同的尺寸.在这种情况下,unsigned char价值被提升到unsigned int而不是int,这是深奥的,不需要在正常情况下可以考虑.)

在实际的机器,操作必须在得到了相同的结果的方式进行,就好像他们是在抽象机执行.因为只有结果很重要,所以实际的中间操作不需要与抽象机完全匹配.

将两个unsigned char值的总和分配给unsigned char对象时,总和将转换为a unsigned char.这种转换实质上会丢弃超出适合的位数的位unsigned char.

这意味着无论是否执行此操作,C实现都会获得相同的结果:

• 将值转换为int.
• 使用int算术添加值.
• 将结果转换为unsigned char.

或这个:

• 使用unsigned char算术添加值.

因为结果相同,所以C实现可以使用任一种方法.

为了比较,我们可以考虑这个陈述:int c = a + b;.此外,假设编译器不知道的价值观a和b.在这种情况下,使用unsigned char算术进行加法可能会产生与将值转换为算术int并使用int算术不同的结果.例如,如果a是250并且b是200,那么它们作为unsigned char值的总和是194(250 + 200%256),但它们在int算术中的总和是450.因为存在差异,C实现必须使用获得正确总和的指令, 450.

(如果编译器也知道的价值观a和b或否则可能证明和适合在unsigned char,那么编译器可以再次使用unsigned char算法).