在x86机器上移位超过32位的uint64_t整数未定义的行为?

问题描述 投票:12回答:5

学习艰难的方式,我试图在x86机器上将long longuint64_t移动到超过32位,导致0。我依稀记得在32位机器上移动操作符只能在前32位上操作,但不能重新收集源。我想知道是否在x86机器上移动超过32位的uint64_t整数是未定义的行为?

c++ c x86 bit-shift uint64
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标准说(n1570中为6.5.7):

3对每个操作数执行整数提升。结果的类型是提升的左操作数的类型。如果右操作数的值为负或大于或等于提升的左操作数的宽度,则行为未定义。

4 E1 << E2的结果是E1左移E2位位置;腾出的位用零填充。如果E1具有无符号类型,则结果的值为E1×2E2,比结果类型中可表示的最大值减少一个模数。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E1×2E2,那么这就是结果值;否则,行为未定。

5 E1 >> E2的结果是E1右移E2位的位置。如果E1具有无符号类型或者E1具有有符号类型和非负值,则结果的值是E1 / 2E2的商的整数部分。如果E1具有有符号类型和负值,则生成的值是实现定义的。

uint64_t移动小于64位的距离完全由标准定义。

由于long long必须至少为64位,因此如果结果不溢出,则非负值的标准定义小于64位的long long值。

但请注意,如果你写一个适合32位的文字,例如uint64_t s = 1 << 32由@drhirsch推测,你实际上并没有移动64位值而是32位值。这是未定义的行为。

最常见的结果是shift_distance % 32或0的转换,具体取决于硬件的作用(并假设编译器的编译时评估模拟硬件语义,而不是鼻子恶魔。)

使用1ULL < 63在移位前制作移位操作数unsigned long long


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C标准要求转换正常工作。特定的错误编译器可能有您描述的缺陷,但这是错误的行为。

这是一个测试程序:

#include <stdio.h>
#include <inttypes.h>

int main(void)
{
    uint64_t x = 1;
    for (int i = 0; i < 64; i++)
        printf("%2d: 0x%.16" PRIX64 "\n", i, (x << i));
    return 0;
}

这是运行RHEL 5和GCC 4.1.2的i686机器上的输出,也是x86 / 64机器(也运行RHEL 5和GCC 4.1.2)和x86 / 64 Mac(运行Mac OS X 10.7)的输出。 3与GCC 4.7.0)。由于这是预期的结果,我得出结论,在32位机器上没有必要的问题,并且GCC至少没有表现出任何这样的错误,因为GCC 4.1.2(并且可能从未表现出这样的错误)。

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Daniel Fischer's answer回答了有关C语言规范的问题。至于在按可变数量发出班次时x86机器上实际发生的情况,请参阅Intel Software Developer Manual第2B卷,p。 4-506:

计数被屏蔽为5位(如果在64位模式下使用REX.W则为6位)。计数范围限制为0到31(如果使用64位模式和REX.W,则为63)。

因此,如果您尝试移动大于31或63的值(分别对于32位和64位值),硬件将仅使用移位量的底部5或6位。所以这段代码:

uint32_t RightShift(uint32_t value, uint32_t count)
{
    return value >> count;
}

将导致x86和x86-64上的RightShift(2, 33) == 1。根据C标准,它仍然是未定义的行为,但是在x86上,如果编译器将其编译为sar指令,它将在该体系结构上定义行为。但是你仍然应该避免编写依赖于特定于体系结构的怪癖的这种代码。


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不行,没关系。

ISO 9899:2011 6.5.7按位移位算子

如果右操作数的值为负或大于或等于提升的左操作数的宽度,则行为未定义。

情况并非如此,因此它很好并且定义明确。


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通过包含在0和该类型宽度的前任之间的数字的移位不会导致未定义的行为,但是左移一个负数会起作用。你会这样做吗?

另一方面,对负数进行右移是实现定义的,并且大多数编译器在右移有符号类型时传播符号位。

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