c++ - 使用 avr-g++ 的 8b uC 中的 32b 乘法与使用 gcc 的 X86 上的 32b 乘法

Question

问题:

我正在做一个定点 C++ 类来在 8b 微 Controller 上执行一些闭环控制系统。
我编写了一个 C++ 类来封装 PID，并使用现代 gcc 编译器在 X86 桌面上测试了该算法。都好。
当我使用现代 avr-g++ 编译器在 8b 微 Controller 上编译相同的代码时，我得到了奇怪的伪像。经过一番调试，问题是16b*16b的乘法被截断为16b。下面是一些最小的代码来显示我正在尝试做的事情。

我在桌面系统上使用了 -O2 优化，在嵌入式系统上使用了 -OS 优化，没有其他编译器标志。

#include <cstdio>
#include <stdint.h>

#define TEST_16B    true
#define TEST_32B    true

int main( void )
{
    if (TEST_16B)
    {
        int16_t op1 = 9000;
        int16_t op2 = 9;
        int32_t res;
        //This operation gives the correct result on X86 gcc (81000)
        //This operation gives the wrong result on AVR avr-g++ (15464)
        res = (int32_t)0 +op1 *op2;
        printf("op1: %d | op2: %d | res: %d\n", op1, op2, res );
    }

    if (TEST_32B)
    {
        int16_t op1 = 9000;
        int16_t op2 = 9;
        int32_t res;
        //Promote first operand
        int32_t promoted_op1 = op1;
        //This operation gives the correct result on X86 gcc (81000)
        //This operation gives the correct result on AVR avr-g++ (81000)
        res = promoted_op1 *op2;
        printf("op1: %d | op2: %d | res: %d\n", promoted_op1, op2, res );
    }

    return 0;
}

解决方案:

只需使用局部变量将一个操作数提升为 32b 就足以解决问题。

我的期望是 C++ 将保证数学运算将以与第一个操作数相同的宽度执行，所以在我看来 res = (int32_t)0 +...应该告诉编译器之后发生的任何事情都应该以 int32_t 分辨率执行。
这不是发生的事情。 (int16_t)*(int16_t) 操作被截断为 (int16_t)。
gcc 在 X86 机器中的内部字宽至少为 32b，所以这可能是我在桌面上没有看到人工制品的原因。

AVR 命令行
E:\Programs\AVR\7.0\toolchain\avr8\avr8-gnu-toolchain\bin\avr-g++.exe$(QUOTE) -funsigned-char -funsigned-bitfields -DNDEBUG -I"E:\Programs\AVR\7.0\Packs\atmel\ATmega_DFP\1.3.300\include" -Os -ffunction-sections -fdata-sections -fpack-struct -fshort-enums -Wall -pedantic -mmcu=atmega4809 -B "E:\Programs\AVR\7.0\Packs\atmel\ATmega_DFP\1.3.300\gcc\dev\atmega4809" -c -std=c++11 -fno-threadsafe-statics -fkeep-inline-functions -v -MD -MP -MF "$(@:%.o=%.d)" -MT"$(@:%.o=%.d)" -MT"$(@:%.o=%.o)" -o "$@" "$<"
问题:

这是兼容 C++ 编译器的实际预期行为，意味着我做错了，还是 avr-g++ 编译器的怪癖？

更新:

各种解决方案的调试器输出

Answer 1

这是编译器的预期行为。

当你写 A + B * C , 相当于 A + (B * C)因为运算符优先级。 B * C术语是自行评估的，而不考虑以后将如何使用它。 (否则，很难查看 C/C++ 代码并理解实际会发生什么。)

C/C++ 标准中有整数提升规则，有时通过将 B 和 C 提升为 int 类型来帮助您。或者也许 unsigned int在执行乘法之前。这就是您在 x86 gcc 上获得预期结果的原因，其中 int有 32 位。但是，由于 int在 avr-gcc 只有 16 位，整数提升对你来说不够好。所以你需要投B或 C到 int32_t确保乘法的结果是 int32_t也是。例如，您可以这样做:

A + (int32_t)B * C