如何从8位整数中得到大于8位大小的值？

Question

我在这个小宝石后面找到了一只非常讨厌的虫子。我知道根据C++规范，签名溢出是未定义的行为，但只有当值扩展到位宽sizeof(int)时才会发生溢出。据我所知，增量char不应该像sizeof(char) < sizeof(int)那样是未定义的行为。但这并不能解释c是如何得到一个不可能的价值的。作为一个8位整数，c如何保存大于其位宽的值？

代码

// Compiled with gcc-4.7.2
#include <cstdio>
#include <stdint.h>
#include <climits>

int main()
{
   int8_t c = 0;
   printf("SCHAR_MIN: %i\n", SCHAR_MIN);
   printf("SCHAR_MAX: %i\n", SCHAR_MAX);

   for (int32_t i = 0; i <= 300; i++)
      printf("c: %i\n", c--);

   printf("c: %i\n", c);

   return 0;
}

输出

SCHAR_MIN: -128
SCHAR_MAX: 127
c: 0
c: -1
c: -2
c: -3
...
c: -127
c: -128  // <= The next value should still be an 8-bit value.
c: -129  // <= What? That's more than 8 bits!
c: -130  // <= Uh...
c: -131
...
c: -297
c: -298  // <= Getting ridiculous now.
c: -299
c: -300
c: -45   // <= ..........

去看看理想国。

Answer 1

这是一个编译器错误。

虽然对于未定义的行为获得不可能的结果是一个有效的结果，但实际上在代码中没有未定义的行为。所发生的是编译器认为行为是未定义的，并相应地进行优化。

如果c被定义为int8_t，并且int8_t提升为int，那么c--应该在int算法中执行减法c - 1并将结果转换回int8_t。int中的减法不会溢出，并且将超出范围的积分值转换为另一种积分类型是有效的.如果对目标类型进行签名，则结果是实现定义的，但它必须是目标类型的有效值。(如果目标类型是无符号的，则结果是定义良好的，但在这里不适用。)

Answer 2

编译器可能有不符合标准的错误，因为还有其他的需求。编译器应该与其自身的其他版本兼容。它还可以在某些方面与其他编译器兼容，并符合大多数用户所持有的关于行为的一些信念。

在这种情况下，它似乎是一个一致性错误。表达式c--应该以类似于c = c - 1的方式操作c。在这里，右边的c值被提升为int类型，然后进行减法。由于c在int8_t的范围内，这种减法不会溢出，但是它可能产生一个超出int8_t范围的值。当此值被赋值时，转换将返回到int8_t类型，因此结果符合c。在超出范围的情况下，转换具有实现定义的值.但超出int8_t 范围的值不是一个有效的实现定义值。实现不能“定义”一个8位类型突然容纳9位或更多位。的值为实现-定义意味着在int8_t范围内的东西被产生，并且程序继续。是C标准，因此允许诸如饱和算法(在DSP上常见)或环绕(主流体系结构)等行为。

编译器在操作小整数类型(如int8_t或char )的值时使用更广泛的底层机器类型。当执行算法时，在这种更宽的类型中，可以可靠地捕获超出小整数类型范围的结果。为了保持变量为8位类型的外部可见行为，必须将更广泛的结果截断到8位范围内。要做到这一点，需要显式代码，因为机器存储位置(寄存器)大于8位，并且对较大的值很满意。在这里，编译器忽略了对值进行规范化，而只是按原样将其传递给printf。printf中的转换说明符printf不知道参数最初来自int8_t计算；它只是在处理int参数。

Answer 3

我不能把它放在评论中，所以我把它作为一个回答。。

由于一些非常奇怪的原因，--运算符恰好是罪魁祸首。

我测试了发布在Ideone上的代码，用c = c - 1替换了c = c - 1，其值保持在-128 . 127范围内

c: -123
c: -124
c: -125
c: -126
c: -127
c: -128 // about to overflow
c: 127  // woop
c: 126
c: 125
c: 124
c: 123
c: 122

怪胎？我不太清楚编译器对像i++或i--这样的表达式做了什么。它可能会将返回值提升到int并传递给它。这是我能得出的唯一合乎逻辑的结论，因为你实际上得到的值不适合8位。