c - 为什么 1 字节变量的按位求补会返回 4 字节值？

Question

我们以以下两个 1 字节变量为例:

uint8_t x1 = 0x00;
uint8_t x2 = 0xFF;

打印按位补码时，结果是一个 4 字节变量:

printf("%02X -> %02X; %02X -> %02X\n", x1, ~x1, x2, ~x2);
00 -> FFFFFFFF; FF -> FFFFFF00

我知道这可以通过转换或 mask 来“解决”:

printf("%02X -> %02X; %02X -> %02X\n", x1, (uint8_t) ~x1, x2, (uint8_t) ~x2);
00 -> FF; FF -> 00
printf("%02X -> %02X; %02X -> %02X\n", x1, ~x1&0xFF, x2, ~x2&0xFF);
00 -> FF; FF -> 00

但是为什么首先会出现非直觉行为呢？

Answer 1

许多计算机处理器的大部分操作都有一个“字”大小。例如，在 32 位机器上，可能有一条加载 32 位的指令、一条存储 32 位的指令、一条将一个 32 位数字与另一个数字相加的指令，等等。

在这些处理器上，使用其他尺寸可能会很麻烦。可能没有用于将一个 16 位数字乘以另一个 16 位数字的指令。 C 是在这些机器上长大的。它的设计使得 int (或 unsigned int)是“任何适合您正在运行的机器的大小”，而 char 或 short 适合在内存中存储内容，但是，一旦它们从内存加载到处理器寄存器中，C 就会像 int 一样使用它们。

这简化了早期 C 编译器的开发。编译器不必通过先执行 32 位补码指令，然后执行 AND 指令来删除不需要的高位来实现补码。它只进行了简单的 32 位补码。

今天我们可以以不同的方式开发语言，但 C 却背负着这一遗产。