正在 x86 计算机上移动超过 32 位的uint64_t整数未定义的行为

Is Shifting more than 32 bits of a uint64_t integer on an x86 machine Undefined Behavior?

本文关键字：整数 未定义 uint64 位的 计算机 x86 移动 正在      更新时间：2023-10-16

艰难的学习方式，我尝试左移一个long long，并在x86机器上uint64_t到超过32位，结果0。我依稀记得在 32 位机器班次之外的地方读过，操作员只在前 32 位上工作，但无法回忆起来源。我想知道在 x32 机器上移动超过 86 位的 uint64_t 整数是否是一种未定义的行为？

标准说(n1570 中的 6.5.7

(：

3 整数提升对每个操作数执行。结果的类型为 提升的左操作数。如果右操作数的值为负数或大于或等于提升的左操作数的宽度，则行为未定义。

4 E1 <<E2 的结果是 E1 左移 E2 位位置;空出的位填充 零。如果 E1 具有无符号类型，则结果的值为 E1 × 2E2，约模 比结果类型中可表示的最大值多一个。如果 E1 具有已签名的 类型和非负值，并且 E1 × 2E2 在结果类型中表示，即 结果值;否则，行为是未定义的。

5 E1>> E2 的结果是 E1 右移 E2 位位置。如果 E1 具有无符号类型 或者，如果 E1 具有有符号类型和非负值，则结果的值为 E1/2E2 的商的一部分。如果 E1 具有有符号类型和负值，则 结果值由实现定义。

将uint64_t移位的距离小于 64 位完全由标准定义。

由于long long必须至少为 64 位，因此如果结果没有溢出，则小于 64 位的long long值由非负值的标准定义。

但是请注意，如果您编写适合 32 位的文字，例如 uint64_t s = 1 << 32正如@drhirsch所推测的那样，您实际上不会移动 64 位值，而是移动 32 位值。这是不确定的行为。

最常见的结果是偏移 shift_distance % 32 或 0，具体取决于硬件的作用(并假设编译器的编译时评估模拟硬件语义，而不是鼻魔(。

使用1ULL < 63使移位操作数在移位之前unsigned long long。

C 标准要求移位才能正常工作。 特定的错误编译器可能存在您描述的缺陷，但这是错误行为。

这是一个测试程序：

#include <stdio.h>
#include <inttypes.h>
int main(void)
{
    uint64_t x = 1;
    for (int i = 0; i < 64; i++)
        printf("%2d: 0x%.16" PRIX64 "n", i, (x << i));
    return 0;
}
这是运行带有GCC 4.1.2的RHEL 5的i686机器，以及x86/64

机器(也运行RHEL 5和GCC 4.1.2(和x86/64 Mac(运行带有GCC 4.7.0的Mac OS X 10.7.3(上的输出。 由于这是预期的结果，我得出结论，在 32 位机器上没有必要的问题，并且 GCC 至少自 GCC 4.1.2 以来没有表现出任何此类错误(并且可能从未表现出这样的错误(。

 0: 0x0000000000000001
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61: 0x2000000000000000
62: 0x4000000000000000
63: 0x8000000000000000

Daniel Fischer的回答回答了关于C语言规范的问题。 至于当您按可变数量发布班次时，x86 机器上实际发生的情况，请参阅英特尔软件开发人员手册第 2B 卷，第 4-506 页：

计数被屏蔽为 5 位(或 6 位 如果在 64 位模式和 REX 中。使用 W(。计数范围限制为 0 到 31(如果为 63，则为 64 位模式和 REX。使用 W(。

因此，如果您尝试移位量大于

31 或 63(分别为 32 位和 64 位值(，硬件将仅使用移位量的底部 5 位或 6 位。 所以这段代码：

uint32_t RightShift(uint32_t value, uint32_t count)
{
    return value >> count;
}
将导致在 x86

和 x86-64 上出现RightShift(2, 33) == 1。 根据 C 标准，它仍然是未定义的行为，但在 x86 上，如果编译器将其编译为sar指令，它将在该体系结构上定义行为。 但是，您仍然应该避免编写这种依赖于特定于体系结构的怪癖的代码。

按介于

0 和类型宽度的前置数字之间的数字移动不会导致未定义的行为，但左移负数会导致未定义的行为。你会这样做吗？

另一方面，右移

负数是实现定义的，大多数编译器在右移有符号类型时会传播符号位。

不，没关系。

ISO 9899：2011 6.5.7 按位移位运算符

如果右操作数的值为负数或大于或等于提升的左操作数的宽度，则行为未定义。

这里的情况并非如此，所以一切都很好，定义明确。

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