为什么在一个表达式中是否同时使用左移和右移会有所不同？

Why does it make a difference if left and right shift are used together in one expression or not?

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

我原以为 y 和 z 是一样的。但它们因是否使用中间变量而有所不同。知道为什么会这样会很有趣。

没有为 char 类型定义移位运算符。任何 char 操作数的值都被转换为 int 并且表达式的结果被转换为 char 类型。 因此，当您将左右移位运算符放在同一个表达式中时，计算将按类型 int 执行（不丢失任何位），结果将转换为 char.

最后一个案例中的 'intermediate' 值是（完整的）整数，因此原始 unsigned char 类型的 'out of range' 移位的位被保留，因此它们仍然是当结果转换回单个字节时设置。

从这个C11 Draft Standard:

6.5.7 Bitwise shift operators
...
3 The integer promotions are performed on each of the operands. The type of the result is that of the promoted left operand ...

但是，在您的第一种情况下，unsigned char tmp = x << 7;，tmp 在转换结果 'full' 整数时丢失了六个 'high' 位（即 truncated) 返回到单个字节，给出值0x80；当这在 unsigned char y = tmp >> 7; 中右移时，结果是（如预期的那样）0x01.

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，值为255，类型unsigned char保证足够存储范围 255.

  • printf("%x\n", x); 这会在标准输出上产生 ff 但写 printf("%hhx\n", x); 会更干净，因为 printf 期望 unsigned int对于转换 %x，而 x 不是。传递 x 实际上可能传递 int 或 unsigned int 参数。

  • unsigned char tmp = x << 7; 为了计算表达式 x << 7，x 作为 unsigned char 首先经历 整数提升 在C标准6.3.3.1中定义：如果一个int可以表示原始类型的所有值（受宽度限制，对于一个位字段），该值将转换为 int；否则，它被转换为 unsigned int。这些称为整数促销。

    所以如果unsigned char中的值位数小于或等于int中的值位数（目前最常见的情况是8 vs 31），则x首先被提升到具有相同值的 int，然后向左移动 7 个位置。结果 0x7f80 保证适合 int 类型，因此行为定义明确，将此值转换为类型 unsigned char 将有效地截断值的高位。如果类型 unsigned char 有 8 位，则值将是 128 (0x80)，但如果类型 unsigned char 有更多位，则 tmp 中的值可以是0x180、0x380、0x780、0xf80、0x1f80、0x3f80 甚至 0x7f80.

    如果类型 unsigned char 大于 int，这可能发生在 sizeof(int) == 1、x 被提升为 unsigned int 和左侧的罕见系统上shift 是在这种类型上执行的。该值是 0x7f80U，它保证适合类型 unsigned int 并将其存储到 tmp 实际上不会丢失任何信息，因为类型 unsigned char 与 [=] 具有相同的大小20=]。所以在这种情况下 tmp 的值为 0x7f80。

  • unsigned char y = tmp >> 7;求值同上，tmp根据系统提升为int或unsigned int，保留其值，并且这个值右移7个位置，这是完全定义的，因为7小于类型的宽度（int或unsigned int）并且值为正数。根据 unsigned char 类型的位数，存储在 y 中的值可以是 1、3、7、15、[ =78=、63、127或255，最常见的架构会有y == 1。

  • printf("%x\n", y);，最好写成printf("%hhx\n", y);，输出可能是1（最常见的情况）或3， 7、f、1f、3f、7f 或 ff，具体取决于类型 unsigned char 中的值位数。

  • unsigned char z = (x << 7) >> 7; 如上所述对 x 执行整数提升，然后将值 (255) 左移 7 位作为 int 或 unsigned int，始终生成 0x7f80，然后右移 7 个位置，最终值为 0xff。此行为已完全定义。

  • printf("%x\n", z); 再一次，格式字符串应该是 printf("%hhx\n", z); 并且输出总是 ff.

如今，字节超过 8 位的系统越来越少，但一些嵌入式处理器（例如专用 DSP）仍然这样做。当为 %x 转换说明符传递 unsigned char 时，一个反常的系统会失败，但使用 %hhx 或更便携地写 printf("%x\n", (unsigned)z);[=112 更干净=]

在这个例子中移动 8 而不是 7 会更加人为。它在 16 位 int 和 8 位 char.

的系统上会有未定义的行为