对于C标准未定义的以前广泛支持的行为，可以使用哪些替换？

Question

在标准化之前的早期C中，实现有多种方法来处理各种操作的异常和半例外情况。其中一些会触发陷阱，如果不首先配置，这些陷阱可能会导致随机代码执行。由于这类陷阱的行为超出了C标准的范围(在某些情况下可能由运行程序控制之外的操作系统控制)，并且为了避免要求编译器不允许依赖这种陷阱的代码继续这样做，可能导致这种陷阱的行为完全由编译器/平台自行决定。

到20世纪90年代末，虽然C标准并不要求这样做，但每个主流编译器都对其中的许多情况采用了常见的行为；使用这些行为将允许在代码速度、大小和可读性方面进行改进。

既然不再支持请求以下操作的“明显”方法，那么在使用旧编译器时，应该如何替换它们，使其不妨碍可读性，也不会对代码生成产生不利影响？为了便于描述，假设int为32位，ui为无符号int，si为有符号int，b为无符号字符。

1. 给定ui和b，计算b==0..31的ui << b，或者对于32.255值可以任意表现为ui << (b & 31)或0的值。注意，当右操作数超过31时，如果左手操作数为零，则这两种行为将是相同的。
2. 对于只需要在右移或左移时产生零的处理器上运行的代码，计算ui << b表示b==0..31，计算0表示b==32..255。虽然编译器可能能够优化设计为跳过值32.255的移位的条件逻辑(因此代码只需执行转换，从而产生正确的行为)，但我不知道如何制定这样的条件逻辑，以保证编译器不会为其生成不必要的代码。
3. 和1和2一样，但对右班来说。
4. 如果si和b使得b0..30和si*(1<<b)不会溢出，则计算si*(1<<b)。请注意，使用乘法运算符会严重损害许多旧编译器的性能，但如果转换的目的是缩放有符号值，则在操作数在整个移位过程中保持负值的情况下，转换为无符号值是错误的。
5. 给定各种整数值，执行加法、减法、乘法和移位，这样的方式使得如果没有溢出，结果将是正确的，如果存在溢出，代码将生成值，其上位以非捕获和非UB的方式工作，但以其他不确定的方式运行，或者以可识别的平台定义的方式捕获(在不支持陷阱的平台上，只会产生不定值)。
6. 给定一个指向已分配区域的指针和一些指向其中事物的指针，使用realloc更改分配大小并调整上述指针以匹配，同时避免在realloc返回原始块的情况下进行额外工作。在所有平台上都不一定可能，但90年代主流平台都允许代码确定realloc是否导致事物移动，并通过减去该对象的前基址来确定指针指向死对象的偏移量(注意，调整需要通过计算每个死指针的偏移量来完成，然后将其添加到新指针，而不是试图计算旧指针和新指针之间的“差异”--这在许多分段体系结构上是合理的)。

“超现代”编译器是否为上面的代码提供了任何好的替代品，它们不会降低至少一个代码的大小、速度或可读性，而不提供任何其他方面的改进？据我所知，在整个1990年代，不仅99%的编译器能够完成上述所有的工作，而且在每个例子中，几乎所有的编译器都能以相同的方式编写代码。一些编译器可能试图用一个没有防护的跳转表来优化左移和右移，但这是我唯一能想到的情况，上世纪90年代为一个平台编写的编译器对上述任何一种“明显”的编码方式都会有任何问题。如果那个超现代的编译器已经不再支持经典的形式，他们作为替代者会提供什么呢？

Answer 1

现代标准C的指定方式可以保证它是可移植的，前提是您编写代码时不需要比标准C抽象机器给出的底层硬件更多的期望。

对于给定的目标CPU和体系结构，仍然可以为在给定的优化级别上具有特定行为的特定编译器编写，但不要期望任何其他编译器(现代的或其他的，甚至是您所编写的编译器的一个小的修订版)，在您的代码违反以下条件时，尝试直观您的期望:标准说，期望任何定义良好的实现不可知论行为是不合理的。

Answer 2

两个一般原则适用于标准C和标准C++：

• 使用无符号数字的行为通常比有符号数字的行为定义得更好。
• 将优化问题视为实施质量问题.这意味着，如果您担心某个内部循环的微优化，您应该使用读取编译器的程序集输出(如gcc -S)，如果发现它未能优化定义良好的行为以使机器指令合适，则将向编译器的发行者提交一个缺陷报告。(但是，当针对特定平台的唯一实用编译器的发行者对优化不太感兴趣时(例如针对MOS 6502的cc65 )，这是行不通的。

根据这些原则，您通常可以导出一种定义良好的方法来实现相同的结果，然后将信任-但-验证原则应用于生成代码的质量。例如，使转换函数具有定义良好的行为，并让优化器删除架构本身所保证的任何不必要的检查。

// Performs 2 for unsigned numbers.  Also works for signed
// numbers due to rule for casting between signed and unsigned
// integer types.
inline uint32_t lsl32(uint32_t ui, unsigned int b) {
  if (b >= 32) return 0;
  return ui << b;
}

// Performs 3 for unsigned numbers.
inline uint32_t lsr32(uint32_t ui, unsigned int b) {
  if (b >= 32) return 0;
  return ui >> b;
}

// Performs 3 for signed numbers.
inline int32_t asr32(int32_t si, unsigned int b) {
  if (si >= 0) return lsr32(si, b);
  if (b >= 31) return -1;
  return ~(~(uint32)si >> b);
}

对于4和5，转换为未签名，做数学，并返回到签名。这会产生非诱捕性的、定义明确的行为。