c = a + b 和隐式转换

Question

对于我的编译器，c 是 54464(截断 16 位)而 d 是 10176。但是对于 gcc，c 是 120000 而 d 是 600000。

什么是真正的行为？行为是否未定义？或者我的编译器是错误的？

unsigned short a = 60000;
unsigned short b = 60000;
unsigned long c = a + b;
unsigned long d = a * 10;

是否有针对这些情况发出警报的选项？

Wconversion 警告:

void foo(unsigned long a);
foo(a+b);

但不警告:

unsigned long c = a + b

Answer 1

首先，您应该知道在 C 中，标准类型对于标准整数类型没有特定的精度(可表示值的数量)。它只需要每种类型的最小精度。这些导致以下典型位大小，standard允许更复杂的表示:

• char:8位
• 短:16位
• int:16 (!) 位
• long:32位
• long long(C99 起):64 位

注意:limits.h 中给出了实现的实际限制(这意味着一定的精度) .

其次，执行操作的类型取决于操作数的类型，而不是赋值左侧的类型(因为赋值也只是表达式)。为此，上面给出的类型按转换排名 排序。秩小于 int 的操作数首先转换为 int。对于其他操作数，将具有较小等级的操作数转换为其他操作数的类型。这些是 usual arithmetic conversions .

您的实现似乎使用了与 unsigned short 大小相同的 16 位 unsigned int，因此 a 和 b转换为unsigned int，以16位进行运算。对于 unsigned，操作以 65536 为模(2 的 16 次方)执行 - 这称为环绕(这对于有符号类型不需要!)。然后将结果转换为 unsigned long 并分配给变量。

对于 gcc，我假设这是为 PC 或 32 位 CPU 编译的。因为这个(unsigned) int 通常有 32 位，而 (unsigned) long 至少有 32 位(必需)。因此，操作没有回绕。

注意:对于 PC，操作数被转换为 int，而不是 unsigned int。这是因为 int 已经可以表示 unsigned short 的所有值； unsigned int 不是必需的。如果操作的结果溢出 signed int，这可能会导致意外(实际上:实现定义)行为!

如果您需要定义大小的类型，请参阅 stdint.h(C99 起)的 uint16_t、uint32_t。这些是 typedef 类型，具有适合您的实现的大小。

您还可以将其中一个操作数(不是整个表达式!)强制转换为结果类型:

unsigned long c = (unsigned long)a + b;

或者，使用已知大小的类型:

#include <stdint.h>
...
uint16_t a = 60000, b = 60000;
uint32_t c = (uint32_t)a + b;

请注意，根据转换规则，转换一个操作数就足够了。

更新(感谢@chux):

上面显示的转换没有问题。但是，如果 a 具有比类型转换更大的转换等级，这可能会将其值截断为较小的类型。虽然这可以很容易地避免，因为所有类型在编译时都是已知的(静态类型)，但另一种方法是乘以一个想要的类型:

unsigned long c = ((unsigned long)1U * a) + b

这样，使用强制转换或 a(或 b)中给定类型的较大等级。乘法将被任何合理的编译器消除。

另一种方法，甚至可以通过 typeof() gcc 扩展来避免知道目标类型名称:

unsigned long c;

... many lines of code

c = ((typeof(c))1U * a) + b