是左移C++03中未定义的有符号整数行为

Is left-shifting a signed integer undefined behavior in C++03?

本文关键字：符号 整数 左移 C++03 未定义      更新时间：2023-10-16

根据C++03,5.8/2，左移定义如下：

E1<lt；E2是E1（解释为比特模式）左移位的E2比特位置；空出的比特被零填充。如果E1具有无符号类型，则结果的值为E1乘以数量2的幂E2，如果E1具有类型unsigned long，则减模ULONG_MAX+1，否则为UINT_MAX+1。

这里困扰我的是，显式地提到了无符号类型，而完全忽略了有符号类型。将其与定义右移的5.8/3进行比较：

E1>>E2的值是E1右移E2位的位置。如果E1具有无符号类型，或者如果E1具有有符号类型和非负值，则结果的值是E1的商除以量2的整数部分，该量是E2的幂。如果E1具有带符号类型和负值，则生成的值是实现定义的。

在5.8/3中，有符号和无符号都被明确提及，甚至有符号持有非负值和有符号持有负值也被单独提及。

AFAIK当某些东西在C++标准中没有明确定义时，行为是未定义的。我也看到过这个问题，但它关注的是C和C++之间的差异，似乎没有一个每个人都会同意的答案。

左移是C++03中定义的有符号整数吗？

5.8/2表示，它将其解释为一个位模式，只有当您的实现出于某种原因没有使用2的补码，或者编译器再次猜测您（他们没有）时，它才与实现相关。C++11更明确，但也表达了同样的观点。

有符号整数使用2的补码。基本上，如果你将一个有符号整数位移1，如果它是正的并且低于2^（位-2），它将像无符号一样工作。如果它高于该值但为正，则会创建一个与原始值无关的奇怪负数。如果一开始是负数，你可能会得到一个负数，也可能是一个正数。

例如，如果我们有一个表示-1:的8位有符号整数

11111111 // -1

如果我们离开轮班，我们最终会得到

11111110 // -2

然而，假设我们有-120

10001000  // -120

我们最终会得到

00010000  // 16

显然这是不对的！

继续，使用数字65:

01000001  // 65

向左移动，这将变成：

10000001  // -127

相当于-127。

然而，数字16：

00010000 // 16

向左移动是

00100000 // 32

正如你所看到的，它"有时有效，有时无效"，但如果你的数字低于2^（bits-2），它通常有效，如果它高于-（2^（bit s-2）），它有时无效。也就是说，向左移动1。要左移2，再减去一位。等等。

我想补充一下，规则在C++11中发生了变化。

在C++11中，负数的有符号左移总是未定义的行为，即使底层机器为范围内的值定义了它。它不是定义的实现，而是未定义的。这意味着，如果你这样做，编译器可以自由地做任何它想做的事情，包括意外地删除你的一堆代码。这与负数的有符号右移形成对比，后者是实现定义的，这意味着其结果取决于机器类型。

Clang的-fsanitize=undefined模式捕捉向左移动负数的尝试。

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