为什么1字节变量的按位补码返回4字节值？

Question

我们以下面两个1字节变量为例：

uint8_t x1 = 0x00;
uint8_t x2 = 0xFF;

打印按位补码时，结果是一个4字节的变量：

printf("%02X -> %02X; %02X -> %02X\n", x1, ~x1, x2, ~x2);
00 -> FFFFFFFF; FF -> FFFFFF00

我知道这可以通过使用强制转换或屏蔽来“解决”：

printf("%02X -> %02X; %02X -> %02X\n", x1, (uint8_t) ~x1, x2, (uint8_t) ~x2);
00 -> FF; FF -> 00
printf("%02X -> %02X; %02X -> %02X\n", x1, ~x1&0xFF, x2, ~x2&0xFF);
00 -> FF; FF -> 00

但为什么非直觉行为首先出现？

Answer 1

许多计算机处理器的大多数操作都具有“字”大小。例如，在32位机器上，可能存在加载32位的指令，存储32位的指令，将一个32位数加到另一位的指令，等等。

在这些处理器上，使用其他尺寸可能会令人讨厌。可能没有将16位数乘以另一个16位数的指令。 C在这些机器上长大。它被设计成int（或unsigned int）是“无论大小对你运行的机器有什么好处”而且char或short适合存储在内存中，但是，一旦它们从内存加载到处理器寄存器中，C就可以了和他们一样，他们是int。

这简化了早期C编译器的开发。编译器不必通过执行32位补码指令，然后执行AND指令来删除不需要的高位来实现补码。它只做了一个简单的32位补码。

我们今天可以以不同的方式开发语言，但C承担着这种遗产。

Answer 2

当您将~运算符应用于x1和x2时，值首先受整数提升，因为uint8_t小于int。然后将运算符应用于提升的值。

所以~x1真的是~0x00000000（即0xFFFFFFFF）和~x2真的是~0x000000FF（即FFFFFF00）。这就是为什么你得到你正在获得的价值。

此外，%x格式说明符期望它打印的unsigned int。

您需要使用%hhx作为格式说明符。这表示unsigned char论点。

printf("%02hhX -> %02hhX; %02hhX -> %02hhX\n", x1, ~x1, x2, ~x2);