当我编写以下程序并使用GNU C ++编译器时,输出是1
,我认为这是由编译器执行的旋转操作引起的。
#include <iostream>
int main()
{
int a = 1;
std::cout << (a << 32) << std::endl;
return 0;
}
但从逻辑上讲,正如所说的那样,如果位溢出位宽就会丢失,输出应为0.发生了什么?
代码在ideone上,http://ideone.com/VPTwj。
这是由于C中未定义的行为和为IA-32处理器生成的代码在移位计数上应用了5位掩码这一事实引起的。这意味着在IA-32处理器上,移位计数的范围仅为0-31。 1
来自C编程语言2
如果右操作数为负数,或者大于或等于左表达式类型中的位数,则结果为undefined。
来自IA-32英特尔架构软件开发人员手册3
8086不掩盖班次计数。但是,所有其他IA-32处理器(从Intel 286处理器开始)确实将移位计数屏蔽为5位,最大计数为31.此屏蔽在所有操作模式(包括虚拟8086模式)下完成减少指令的最大执行时间。
1 http://codeyarns.com/2004/12/20/c-shift-operator-mayhem/
2 A7.8移位运算符,附录A参考手册,C编程语言
3 SAL / SAR / SHL / SHR - 移位,第4章指令集参考,IA-32“英特尔架构软件开发人员手册”
在C ++中,如果将值移动的步长少于类型的大小,则只能很好地定义shift。如果int
是32位,则只有0到31,包括31步是明确定义的。
那么,这是为什么呢?
如果你看看执行移位的底层硬件,如果它只需要查看一个值的低五位(在32位的情况下),它可以使用比它必须检查更少的逻辑门来实现每一点价值。
在评论中回答问题
C和C ++旨在在任何可用的硬件上尽可能快地运行。今天,生成的代码只是一个“移位”指令,无论底层硬件如何处理指定范围之外的值。如果语言已经指定了移位应该如何表现,则生成的可能必须在执行移位之前检查移位计数是否在范围内。通常,这将产生三个指令(比较,分支,移位)。 (不可否认,在这种情况下,由于移位计数已知,因此没有必要。)
根据C ++标准,它是未定义的行为:
E1 << E2的值是E1左移E2位位置;空位是零填充的。如果E1具有无符号类型,则结果的值为E1×2 ^ E2,比结果类型中可表示的最大值减少一个模数。否则,如果E1具有有符号类型和非负值,并且在结果类型中可以表示E1×2 ^ E2,那么这就是结果值;否则,行为未定义。
Lindydancer和6502的答案解释了为什么(在某些机器上)恰好是正在打印的1
(尽管操作的行为未定义)。我正在添加细节,以防它们不明显。
我假设(像我一样)你在英特尔处理器上运行程序。 GCC为换档操作生成以下装配说明:
movl $32, %ecx
sall %cl, %eax
关于sall
和其他轮班操作的话题,Instruction Set Reference Manual的第624页说:
8086不掩盖班次计数。但是,所有其他英特尔架构处理器(从英特尔286处理器开始)确实将移位计数屏蔽为5位,最大计数为31.此屏蔽在所有操作模式(包括虚拟8086模式)下完成,以减少指令的最长执行时间。
由于32的低5位为零,因此1 << 32
相当于1 << 0
,即1
。
尝试更大的数字,我们会预测
cout << (a << 32) << " " << (a << 33) << " " << (a << 34) << "\n";
将打印1 2 4
,事实上,这就是我的机器上发生的事情。
它没有按预期工作,因为你期望太多。
在x86的情况下,硬件不关心计数器大于寄存器大小的移位操作(例如,参见x86 reference documentation上的SHL指令描述)。
C ++标准不希望通过告诉在这些情况下要做什么来增加额外成本,因为生成的代码将被迫为每个参数移位添加额外的检查和逻辑。
有了这种自由,编译器的实现者只需生成一个汇编指令而无需任何测试或分支。
例如,一个更“有用”和“逻辑”的方法是使(x << y)
等效于(x >> -y)
,并且还处理具有逻辑和一致行为的高计数器。
然而,这需要更慢的位移处理,因此选择是做硬件所做的事情,让程序员需要为侧面情况编写自己的函数。
鉴于不同的硬件在这些情况下做了不同的事情,标准所说的基本上是“当你做奇怪的事情时发生什么,不要责怪C ++,这是你的错”,翻译成法律术语。
将32位变量移动32位或更多位是未定义的行为,并且可能导致编译器使守护进程从您的鼻子中飞出。
说真的,大部分时间输出都是0(如果int
是32位或更少),因为你正在移动1直到它再次下降而剩下的只剩下0。但是编译器可以优化它以做任何它喜欢的事情。
查看优秀的LLVM博客文章What Every C Programmer Should Know About Undefined Behavior,这是每个C开发人员必读的内容。
因为你将int移位32位;你会得到:VS中的warning C4293: '<<' : shift count negative or too big, undefined behavior
。这意味着你正在超越整数,答案可能是任何一个,因为它是未定义的行为。
您可以尝试以下方法。这实际上在0
左移后输出为32
。
#include<iostream>
#include<cstdio>
using namespace std;
int main()
{
int a = 1;
a <<= 31;
cout << (a <<= 1);
return 0;
}
我有同样的问题,这对我有用:
f =((long long)1 <<(i-1));
我可以是任何大于32位的整数。 1必须是64位整数才能使转换工作。