C - 将 ~0 转换为 unsigned long

Question

我见过使用

~0

生成所有

1

的位模式的低级按位表达式，然后将其用作掩码等。例如在 K&R 第 45 页上：

/* getbits: get n bits from position p */
unsigned getbits(unsigned x, int p, int n)
{
    return (x >> (p+1-n)) & ~(~0 << n);
}

在我的机器中，

(unsigned long) ~0

的计算结果为

0x FF FF FF FF FF FF FF FF

。这让我们可以轻松生成大于

1

的

int

蒙版，而且还不错。

但是，

(unsigned long) ~0

不应该评估为

0x 00 00 00 00 FF FF FF FF

吗？如果没有任何后缀，

0

被视为整数常量，因此

~0

的计算结果为

0x FF FF FF FF

。为什么将其转换为

unsigned long

不会产生零填充值？我在这里缺少什么？

编辑：在我的机器上，

sizeof(int)

和

sizeof(long)

分别是4和8。

Answer 1

在您的系统上

~0

是一个带有位模式

int

的

FF FF FF FF

，表示十进制值 -1。

当您转换为

unsigned long

时，您将一种整数类型转换为另一种整数。其规则可以在 C（草案）标准 n1570 的 6.3.1.3 中找到：

1 当整数类型的值转换为_Bool以外的其他整数类型时，如果 该值可以用新类型表示，它没有改变。

2 否则，如果新类型是无符号的，则通过重复添加或来转换值 比新类型可以表示的最大值减一 直到该值在新类型的范围内。⁶⁰⁾

_{60) 这些规则描述的是数学值的算术，而不是给定类型表达式的值。}

第一条规则不适用，因为 -1 不能用

unsigned long

表示。应用第二条规则，即找到新值，如下所示

new-value = original-value + (ULONG_MAX + 1)

您的情况：

new-value = -1 + (ULONG_MAX + 1) = ULONG_MAX

因此新值是

ULONG_MAX

，它在您的系统上具有

FF FF FF FF FF FF FF FF

的表示形式。

Answer 2

除了 @SupportUkraine 的出色回应之外，您还应该意识到

return (x >> (p+1-n)) & ~(~0 << n);

会调用未定义的行为：

6.5.7 按位移位运算符

[...]

4 E1<< E2的结果是E1左移E2位位置；空出的位用零填充。如果 E1 具有无符号类型，则结果值为 E1 × 2^E2，环绕。如果 E1 具有有符号类型和非负值，并且 E1 × 2^E2 可以在结果类型中表示，那么这就是结果值；否则，行为是未定义的。

~0

具有类型

int

和值

-1

，因此

~0 << n

对于

n > 0

具有未定义的行为。您应该使用

~0U << n

来代替，并且使用

x

的类型大于

unsigned int

。对于所有无符号类型的

~(0U * x) << n

，其通用表达式为

x

。