有没有办法绕过 C 中的编译器优化？

Question

我想指出，正如 Olaf 所指出的，编译器没有错。

免责声明：我不完全确定此行为是由于编译器优化造成的。

无论如何，在 C 中，我正在尝试确定 8 位字节的第 n 位（n 应介于 0 和 7 之间，包括边界值）是 1 还是 0 .我最初想出了这个解决方案：

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

bool one_or_zero( uint8_t t, uint8_t n ) // t is some byte, n signifies which bit
{
    return (t << (n - (n % 8) - 1)) >> 7;
}

根据我之前的理解，这将对一个字节执行以下操作：

假设 t = 5 和 n = 2。那么字节t可以表示为0000 0101。我假设 (t << (n - (n % 8) - 1)) 会移动 t 的位，这样 t 就是 1010 0000。这个假设只是在一定程度上是正确的。我还假设下一个位移位 (>> 7) 会移动 t 的位，这样 t 就是 0000 0001。这个假设也只是在一定程度上是正确的。

TL;DR：我认为 return (t << (n - (n % 8) - 1)) >> 7; 行是这样做的：

t 是 0000 0101
第一次位移发生； t 现在是 1010 0000
发生第二次位移； t 现在是 0000 0001
t 返回为 0000 0001

虽然我打算这样做，但事实并非如此。相反，我必须编写以下内容才能获得预期结果：

bool one_or_zero( uint8_t t, uint8_t n ) // t is some byte, n signifies which bit
{
    uint8_t val = (t << (n - (n % 8) - 1));
    return val >> 7;
}

我知道添加 uint8_t val 不会消耗大量性能。不过，我想知道两件事：

我是否必须初始化另一个变量来执行我想要的操作？
为什么单线和双线的效果不一样？

我的印象是，当编译器优化我的代码时，它将两个位移位合并在一起，所以只发生了一个。这似乎是一件好事，但它并没有 "clear" 其他位。

Answer 1

该代码非常复杂，只是检查整数中的一位。尝试标准方法：

return (t & (1U << n)) != 0;

如果您必须检查 n 是否有效，请添加一个断言。 else 掩码 (n & 7) 或模数 (n % 8)（这将由编译器针对掩码操作进行优化）将强制移位计数在有效范围内。由于该模式将被许多编译器识别，他们可能会将其转换为单个位测试 CPU 指令（如果可用）。

为避免幻数，您应该将模数 8 替换为：(sizeof(t) * CHAR_BIT)。这将遵循 t 可能具有的任何类型。掩码总是比模数小一。

您的代码：

(n - (n % 8) - 1))

如果 n < 8 它产生一个负值（-1 恰好）。 Negative shifts present undefined behaviour，所以任何事情都有可能发生（小心鼻恶魔）。

Answer 2

我相信你是整数提升的受害者

当您有一个表达式时：x operator y 有几件事您应该注意。首先是将表达式的结果（以及过程中的另一个操作数）提升为两个操作数的 "largest" 类型。

在您的示例中，这意味着以下内容：

(t << (n - (n % 8) - 1)) >> 7; 常数 8 是一个 int 因此 n%8 也是一个 int.
(t << (n - (integer) - 1)) >> 7(n - integer - 1)也是一个整数，也就是说临时值(t << integer)会存储在一个int中。这意味着您不会 "cut off" 最重要的位，因为结果存储在（最有可能的）32 位中，而不是您假设的 8 位。

另一方面，如果您暂时将 int 结果存储在 uint8_t 中，您将正确地切断前导位并得到您想要的结果。

您可以通过在计算期间将操作数转换为 uint8_t 来解决此问题：

(t << (uint8_t)(n - (n % 8) - 1))) >> 7;

或者更好的是，使用奥拉夫在回答中建议的面具：

(t & ((uint8_t)1 << n)) != 0

有没有办法绕过 C 中的编译器优化？

Is there anyway to get around this compiler optimization in C?

c

bit

compiler-optimization

bit-shift