c - 为什么 GCC 的 -Wconversion 对于 char 与 unsigned char 的行为不同？

Question

考虑

U8 foo(U8 x, U8 y) {
    return x % y;
}

如果 U8(x 和 y 的类型)是 char 或 unsigned char，则 GCC 的 -Wconversion 行为不同:

gcc -Wconversion -c test.c -DU8='unsigned char'

(无警告)

gcc -Wconversion -c test.c -DU8=char
test.c: In function ‘foo’:
test.c:2:14: warning: conversion to ‘char’ from ‘int’ may alter its value [-Wconversion]
     return x % y;
            ~~^~~

但是from what I understand在这两种情况下，x、y 都会进行整数提升(到 int 或 unsigned int)，因此在这两种情况下，它将从 int 转换为任何返回类型(char 或 unsigned char)。

为什么会有差异？

奖励问题:如果您启用 ubsan (-fsanitize=undefined)，那么 GCC 在这两种情况下都会发出 -Wconversion。

编辑:

x,y经过整型提升后需要转换为结果类型，没有说法，不用解释。

这里唯一的问题是为什么 GCC 对不同类型的行为不同。答案将涉及对 GCC 内部结构的一些了解。

Answer 1

长见识

仅使用有关类型的信息，gcc 应该对这两种情况发出警告，因为从 int(较大的类型)转换为 char/unsigned char(较小的类型)

还使用有关可能值的信息(范围分析)gcc 应该警告 none 因为 x % y 的结果，即使在提升为 int 之后，也总是适合回到与 x 和 y 相同的类型。

因此，在第一种情况下，gcc 似乎可以断言操作永远不会导致值更改，但出于某种原因，在第二种情况下不能这样做。

作为旁注，clang 不会发出任何警告。

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类型系统

• 在测试系统 (x86-64) 上，char 类型已签名。请注意，它仍然是与 signed char 不同的类型。

• x % y 由于整数提升规则，在这两种情况下，x 和 y 都被提升为 int 。结果 x % y 的类型为 int。

• 如果我们将所有隐式转换显式化，那么我们会得到:

  unsigned char foo1(unsigned char x, unsigned char y)
  {
     return (unsigned char)((int) x % (int) y);
  }
  
  char foo2(char x, char y)
  {
     return (char)((int) x % (int) y);
  }
  

• 从 int 到 char、unsigned char 和 signed char 的隐式转换会触发警告使用-Wconversion:

  -Wconversion

  Warn for implicit conversions that may alter a value. This includes [..] and conversions to smaller types

  事实上，这两个函数都会导致生成警告:

  char bar1(int a)
  {
     return a; // warning: conversion from 'int' to 'char' may change value [-Wconversion]
  }
  
  unsigned char bar2(int a)
  {
     return a;  // warning: conversion from 'int' to 'unsigned char' may change value [-Wconversion]
  }
  

所以只使用类型信息我们应该得到警告，因为我们的 2 个函数有从 int 到 char/unsigned char 的隐式转换> 就像 bar1 和 bar2 一样。

值(value)分析

如果我们使用符号 r = x % y 那么 r 与 x 和 |r| 具有相同的符号∈ [0, |y|).

• 如果 x 和 y 是 unsigned char 类型，则 r ∈ [0, CHAR_MAX).

  r 适合 unsigned char。所以不需要警告。

• 如果 x 和 y 是 char 类型:

  • CHAR_MIN = -CHAR_MAX - 1
  • max(|y|) = CHAR_MAX + 1
  • |r| ∈ [0, 最大值(|y|))
  • |r| ∈ [0, CHAR_MAX + 1)
  • r ∈ (-CHAR_MAX - 1, CHAR_MAX + 1)

  r 适合 char，因此不需要警告。

所以我要争论的是 x % y 的结果总是适合 U8 即使在所有整数提升和隐式之后也是如此转化。

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你可以看看这个godbolt