使用位移位计算 C 中有符号的长最大值

Question

昨天刚开始学习 C，这让我在元旦快要发疯了……尝试使用移位操作打印不同的 int 范围。除了带符号的长最大/最小值外，一切正常。想不通为什么 (1 << 63) - 1返回 -1 ？但是(1 << 64) -1对于 unsigned long long工作正常...

#include <limits.h>
#include <stdio.h>

void print_range() {
    signed char scmax = (1 << 7) - 1;
    char c = scmax; // char means signed char!
    unsigned char uscmax = (1 << 8) - 1;
    char cmin = -(1 << 7);
    unsigned char ucmin = 0;
    printf("signed char max: %d = %d, unsigned char max: %d = %d\n", scmax, SCHAR_MAX, uscmax, UCHAR_MAX);
    printf("signed char min: %d = %d, unsigned char min: %d\n", cmin, CHAR_MIN, ucmin);

    // signed int
    int imax = (1 << 31) - 1; //(2 << 30) - 1;
    unsigned int uimax = (1 << 32) - 1;
    int imin = -(1 << 31);
    //NOTE: %d is for signed char/short/int, %u is for the unsigned formatter.
    printf("signed int max: %d = %d, unsigned int max: %u = %u\n", imax, INT_MAX, uimax, UINT_MAX);
    printf("signed int min: %d = %d, unsigned int min = %d\n", imin, INT_MIN, 0);

    long long lmax = (1 << 63) - 1L; // WHY DOES THIS NOT WORK???
    unsigned long long ulmax = (1 << 64) - 1;
    long long lmin = -(1 << 63); // NEITHER DOES THIS???
    printf("signed long max: %lld = %lld, unsigned long max: %llu = %llu\n", lmax, LLONG_MAX, ulmax, ULLONG_MAX);
    printf("signed long min: %lld = %lld, unsigned long min: %d\n", lmin, LLONG_MIN, 0);
}

Answer 1

^{请记住，编程语言是一种规范，用英语写在一些技术报告中。它不是一个软件。对于 C11 , 请参阅 n1570}

像1 这样的文字常量不是 long ，而是一个 int .

编写文字常量 long 1、需要写1L (或者你可以编码 (long)1 ....)。编写文字常量 unsigned long long 1、应该写1ULL (或代码 (unsigned long long)1，这是一个常量表达式)。

文字常数适合“最小”整数类型，大到足以表示它。所以1是一个 int ，以及在 64 位计算机上(实际上，C 的实现就像我的 Linux/x86-64 计算机一样)10000000000 (即 10¹⁰)是一个 long (因为它不适合 int )，因为在这样的计算机上 int -s 有 32 位和 long -s 有 64 位。

^{请注意 int 的大小或范围未由 C99 或 C11 标准精确定义，并且可能因一种实现而异。您可能希望包括 <stdint.h> standard header并使用类似 int32_t 的类型...}

所以 1 << 63是一个 (int)1左移 63 位(因为左操作数是 int 移位在 int -s 上运行)。在我的 Linux/x86-64 上，一个 int只有 32 位，所以该操作是一个 undefined behavior .

您应该非常害怕未定义的行为，请参阅 this answer 中的引用资料.可悲的是，偶尔，未定义的行为可能会像您希望的那样工作(但它仍然是 UB)。

查看代码的另一种方式是关注 software portability .

---

顺便说一句，养成编译所有警告和调试信息的习惯，例如与 gcc -Wall -Wextra -g如果使用 GCC .有时，编译器会很聪明地在这种情况下向您发出警告。然后，改进您的代码以删除所有警告。稍后，使用调试器 ( gdb ) 逐步运行您的代码并了解(通过在调试器中查询程序的状态)发生了什么。

---

在你的代码中你有:

     char c = scmax; // char means signed char!

遗憾的是，它要棘手得多。你有几种 C 的变体或方言。在某些变体中，char在其他情况下，已签署 char未签名。您拥有的变体是特定于实现的(编译器作者选择最容易在某些目标体系结构上实现的变体)。用GCC见C dialect options喜欢-fsigned-char和 -funsigned-char (你几乎不应该使用它，当你使用它们时，非常要小心后果；你可能需要重新编译你的整个 C 标准库)。