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我在这里查看符号扩展： http ://www.shrubbery.net/solaris9ab/SUNWdev/SOL64TRANS/p8.html

    struct foo {
        unsigned int    base:19, rehash:13;  
    };

    main(int argc, char *argv[]) 
    {
        struct foo  a;
        unsigned long addr;

        a.base = 0x40000;
        addr = a.base << 13;        /* Sign extension here! */
        printf("addr 0x%lx\n", addr);

        addr = (unsigned int)(a.base << 13);  /* No sign extension here! */
        printf("addr 0x%lx\n", addr);
    }

他们声称：

------------------ 64位：

% cc -o test64 -xarch=v9 test.c
% ./test64
addr 0xffffffff80000000
addr 0x80000000
%

------------------ 32位：

% cc -o test32 test.c
% ./test32
addr 0x80000000
addr 0x80000000
%

我有3个问题：

  1. 什么是符号扩展？是的，我阅读了 wiki，但不明白何时发生类型提升，符号扩展是怎么回事？
  2. 为什么 ffff .. 在 64 位（参考地址）？
  3. 当我进行类型转换时，为什么没有符号扩展？

编辑： 4. 为什么不是 32 位系统的问题？

4

4 回答 4

3

运算符的左操作数<<经过标准提升，因此在您的情况下，它被提升为int-- 到目前为止还不错。接下来，intof 值0x4000乘以 2 13，这会导致溢出，从而导致未定义的行为。但是，我们可以看到正在发生的事情：表达式的值现在是 simple INT_MIN，是可表示的最小的int。最后，当您将其转换为无符号 64 位整数时，通常的模算术规则要求结果值为0xffffffff80000000. 类似地，转换为无符号 32 位整数会给出值0x80000000。

要对无符号值执行操作，您需要使用强制转换来控制转换：

(unsigned int)(a.base) << 13
于 2013-10-08T23:18:59.733 回答
1 
a.base << 13

位运算符对其两个操作数执行整数提升。

所以这相当于：

    (int) a.base << 13

这是 type 的负值int。

然后：

addr = (int) a.base << 13;

将此带符号的负值 ( (int) a.base << 13)转换addr为unsigned long通过整数转换的类型。

整数转换 (C99, 6.3.1.3p2) 规则与执行以下操作相同：

addr = (long) ((int) a.base << 13);

转换long在这里执行符号扩展，因为((int) a.base << 13)它是一个负符号数。

在另一种情况下，使用演员表你有相当于：

addr = (unsigned long) (unsigned int) ((int) a.base << 13);

所以在第二种情况下没有执行符号扩展，因为(unsigned int) ((int) a.base << 13)它是一个无符号（当然也是正数）值。

编辑：正如KerrekSB在他的回答中提到的那样，a.base << 13实际上在int（我假设是 32 位int）中无法表示，所以这个表达式会调用未定义的行为，并且实现有权以任何其他方式表现，例如崩溃。

有关信息，这绝对不是可移植的，但如果您使用的是gcc，gcc则不会将a.base << 13此处视为未定义的行为。从gcc文档：

“GCC 不使用 C99 中给出的纬度仅将带符号的 '<<' 的某些方面视为未定义，但这可能会发生变化。”

在http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Integers-implementation.html

于 2013-10-08T23:20:00.443 回答
0

我花了一段时间和大量的阅读/测试。
也许我的初学者理解正在发生的事情的方式会影响到你（我知道了）

  1. a.base=0x40000 (1(0)x18) -> 19 位位域
  2. 地址=a.base<<13。
    • a.base 可以保存的任何值 int 也可以保存，因此从 19 位无符号 int 位域转换为 32 位有符号整数。（a.base 现在是 (0)x13,1,(0)x18）。
    • 现在（转换为带符号的 int a.base）<<13，结果为 1(0)x31）。请记住它现在已签名 int。
    • 地址=（1（0）x31）。addr 是unsigned long类型（64 位），因此要进行赋值，将右值转换为 long int。从signed int 到long int 的转换使addr (1)x33,(0)x31。

这就是在您甚至不知道的所有转换之后打印的内容： 0xffffffff80000000.
为什么第二行打印0x80000000是因为在转换为long int. 当转换unsigned int为long int没有位符号时，值只是用尾随的 0 填充以匹配大小，仅此而已。

32 位的不同之处在于，在从它们的大小转换32-bit signed int到32-bit unsigned long它们的大小匹配期间并添加尾随位符号，因此： 即使在从 int 转换为 long int 之后1(0)x31也会保持（它们具有相同的大小，值被解释不同但位1(0)x31
完好无损。）

来自您的链接的报价：

任何做出此假设的代码都必须更改为适用于 ILP32 和 LP64。虽然 int 和 long 在 ILP32 数据模型中都是 32 位，但在 LP64 数据模型中，long 是 64 位。

于 2013-10-09T15:20:34.080 回答
0

这更多是关于位域的问题。请注意，如果您将结构更改为

struct foo {
    unsigned int    base, rehash;  
};

你会得到非常不同的结果。

正如@JensGustedt 在Type of unsigned bit-fields: int or unsigned int中指出的那样，规范说：

如果 int 可以表示原始类型的所有值（受宽度限制，对于位域），则该值将转换为 int；

即使您已指定 base 是无符号的，编译器也会signed int在您读取它时将其转换为 a。这就是为什么当您将其转换为unsigned int.

符号扩展与负数在二进制中的表示方式有关。最常见的方案是 2s 补码。在这个方案中，-1 用 32 位表示为 0xFFFFFFFF，-2 表示为 0xFFFFFFFE 等等。那么当我们想将 32 位数字转换为 64 位数字时应该怎么做呢？如果我们将 0xFFFFFFFF 转换为 0x00000000FFFFFFFF，这些数字将具有相同的无符号值（约 40 亿），但有符号值不同（-1 与 40 亿）。另一方面，如果我们将 0xFFFFFFFF 转换为 0xFFFFFFFFFFFFFFFF，则这些数字将具有相同的有符号值 (-1) 但不同的无符号值。前者称为零扩展（适用于无符号数），后者称为符号扩展（适用于有符号数）。它被称为“符号扩展”，因为“符号位”

于 2013-10-08T23:29:04.853 回答