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我最近一直在研究表示数字的补码系统，据我了解，数字 0 有两种变体。有一个负零 (-0) 和一个正零 (+0)。

我的问题是，在一个补码架构上，这个异常在 C 中究竟是如何处理的？C 是区分 -0 和 +0 还是将这两种形式都简单地视为零。

如果在测试为零时 +0 和 -0 都返回 TRUE，那么我想知道如果我们输入 -0 作为其输入，以下示例代码将如何计算整数中设置的位数。

int bitcount(int x)
{
    int b;
    for (b = 0; x != 0; b++)
        x &= (x-1);
    return b;
}

由于 -0 在一个补码中将其所有位设置为 1，因此 -0 应该返回任何其他数字中设置的最高位数；但是，该代码似乎无法通过 的循环测试条件x != 0，甚至不会进入循环，从而给出不正确的结果。

是否有可能在 C 中，在一个补码体系结构中，使循环条件对正零敏感，如下所示：x != +0另外，如果我从 +0 中减去 1，我会得到 -0 还是 -1。换句话说，+0 - 1 = -0 在一个补码体系结构中吗？

总而言之，为了在这个讨论中不要走得太远，我只是想知道 C 如何处理一个补码体系结构中数字 0 的特性。

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在一个补码架构上，“符号位和所有值位为 1”的值是“陷阱表示”还是正常值是实现定义的。如果它是一个陷阱表示，任何试图用它做任何事情，甚至首先创建它，都会引发未定义的行为。如果它是一个正常值，它就是一个“负零”，并且有一个明确的允许产生它的操作列表：

如果实现支持负零，它们只能通过以下方式生成：

  • &、|、^、~、<< 和 >> 运算符，其操作数产生这样的值；
  • +、-、*、/ 和 % 运算符，其中一个操作数为负零且结果为零；
  • 基于上述情况的复合赋值运算符。

未指定这些情况实际上是生成负零还是正常零，以及当存储在对象中时负零是否变为正常零。

（C11/N1570，第 6.2.6.2 节第 3 段。）

负零是否等于正常零似乎也未指定（通过省略）。类似的规则适用于符号和幅度架构。

因此，这归结为，您的示例代码的行为是实现定义的，而实现可能无法有效地定义它。您需要查阅这个假设的补码机器的编译器和架构手册，以确定它是否按照您的意愿执行。

然而，整个问题没有实际意义，因为至少 25 年没有人制造出非二进制补码 CPU。人们希望将来对 C 标准的修订将不再允许这种可能性。它会简化很多事情。

于 2017-07-23T00:08:02.667 回答
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要回答您的问题，有两种可能性需要考虑：

  • 如果设置了所有位的位模式是陷阱表示（C 标准明确允许），则将此类值传递给函数具有未定义的行为。

  • 如果允许此位模式，则它是负零的补码表示，它应该比较等于0。在这种情况下，所编写的函数将具有定义的行为，并将返回0，因为初始循环测试为假。

如果函数以这种方式编写，结果会有所不同：

int bitcount32(int x) {
    // naive implementation assuming 31 value bits
    int count = 0, b;
    for (b = 0; b < 31; b++) {
        if (x & (1 << b))
           count++;
        }
    }
    return count;
}

在这个补充架构上，bitcount32(~0)将评估为31：

(x & (1 << b))使用x具有特定位模式并在要定义b的范围内的参数，计算结果为，与二进制补码和符号/大小架构上的结果不同。1 << b1 << b

但是请注意，发布的实现对于INT_MINas的参数具有未定义的行为，x-1导致有符号算术溢出。强烈建议始终使用无符号类型进行按位和移位操作。

于 2017-09-25T13:32:18.600 回答