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C 语言中的位取反操作符

tk posted @ Apr 24, 2012 02:54:07 PM in C with tags 读书 位操作符 , 3828 阅读

话不多说,先来看一段代码:

 

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 int main(int argc, char *argv[])
 4 {
 5         unsigned char uc = 0x1f;
 6         unsigned int ui = ~uc;
 7         unsigned long long ull = ~uc;
 8 
 9         unsigned char cc = ~uc;
10         printf("uc = %#x\n", uc);
11         printf("cc: ~uc = %#x\n", cc);
12         printf("ui: ~uc = %#x\n", ui);
13         printf("ull: ~uc = %#llx\n", ull);
14         return 0;
15 }

因为用到了 C99 标准的 long long 类型,所以编译时候需要添加 "-std=c99" 选项:

gcc -Wall -std=c99 -o file file.c

输出结果(x86 mingw32):

 

uc = 0x1f
cc: ~uc = 0xe0
ui: ~uc = 0xffffffe0
ull: ~uc = 0xffffffffffffffe0
 
这里显现出了 位取反 操作的结果特殊性,对于通常而言,我们以为一个 unsigned char 位取结果的类型也应该是 unsigned char ,也就是说当我们把这个结果赋给一个 unsigned int (或者 unsigned long long)类型的值时候,这个值也应该是 不会超过 unsigned char 的取值范围的。但是上述代码显示出并非这样的情况。
 
上述代码显示出把 unsigned char 位取反值赋给 unsigned int 变量时,除了低位字节是补码外,高位字节都是 0 的补码 1了。对于赋值给 unsigned long long 变量也是如此。
 
我个人理解的解释是,在 x86-32 的机器上,机器字长为 32,寄存器长度也是32,对于像 unsigned char 这样的 1 byte 的值,运算时会存储在寄存器中的低位字节,高位字节都为0,然后位取反操作指令会对整个寄存器的值位取反,然后赋值给 unsigned int (4 bytes)这样的变量时,是将整个寄存器值取出。这样高位字节都会是 0 的补码 1。但是这样怎么解释赋值给 unsigned long long 类型变量发生的情况呢?或者说对于位取反操作的结果是个特殊状态的值?
 
PS: 最近在看 CSAPP(《深入理解计算机系统》)第二版,其中在做练习题 2.12 发现了上述情形,之前不知道,所以就研究了一下下,不过还是半解。。。。
vx13 说:
Apr 24, 2012 08:45:35 PM

我查了一下,根据 c99 标准 6.3.1.1 节的说明,似乎对于级别比 int 和 unsigned int 低的整型变量,只要其范围是 int 的子区间,都会隐式强转为 int 来参与运算。
"If an int can represent all values of the original type, the value is converted to an int;
otherwise, it is converted to an unsigned int. These are called the integer
promotions.48) All other types are unchanged by the integer promotions.
"

vx13 说:
Apr 24, 2012 08:48:29 PM

http://learn.akae.cn/media/ch15s03.html
这里有该特性的中文介绍和使用示例。

tisyang 说:
Apr 25, 2012 08:35:37 AM

@vx13: 但是 对于 转换成 long long 那里的区别还是一知半解状态

vx13 说:
Apr 25, 2012 09:12:50 AM

@tisyang: 那个是赋值的问题。把 int 型的 -1 赋给 unsigned long long 的变量,就会变成一堆 f 的。

NCERT Urdu Question 说:
Sep 22, 2022 09:18:21 PM

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