按位运算符和有符号类型

你说得很对——表达式~'q' << 6是根据标准定义的未定义行为。 它比你说的更糟糕，因为~运算符被定义为计算值的"一补码"，这对于有符号（2s补码）整数毫无意义——术语"一个人的补码"只对无符号整数真正意味着任何东西。

执行按位运算时，如果需要严格定义良好（根据标准）的结果，通常必须确保所操作的值是无符号的。 您可以使用显式强制转换或在二进制操作中使用显式无符号常量（U -后缀）来执行此操作。 使用有符号和无符号 int 执行二进制操作将作为无符号完成（有符号值将转换为无符号）。

C

和 C++ 与整数提升略有不同，所以这里需要小心——C++在与其他操作数进行比较之前，会将小于 int 的无符号值转换为 int（有符号），看看应该做什么，而 C 将首先比较操作数。

阅读标准的确切文本可能是最简单的，而不是像 Primer Plus 那样的摘要。（摘要必须省略细节，因为是摘要！

相关部分是：

[换班]

1. 班次操作员从左到右<<和>>分组。 操作数应为整型或无作用域枚举类型，并执行整型升级。结果的类型是提升的左操作数的类型。如果右操作数为负数，或者大于或等于提升的左操作数的长度（以位为单位），则行为未定义。

2. E1 << E2的值E1 E2位位置左移;空出的位填充为零。如果E1具有无符号类型，则结果的值为 ^{E1 × 2 E2}，比结果类型中可表示的最大值多减少模 1。否则，如果E1具有有符号类型和非负值，并且 ^{E2 E1 × 2}结果类型的相应无符号类型中表示，则该值转换为结果类型是结果值;否则，行为是未定义的。

[expr.unary.op]/10

˜ 的操作数应具有整型或无作用域枚举类型;结果是其操作数的补码。进行整体促销。结果的类型是升级的操作数的类型。

请注意，它们都不执行通常的算术转换（这是大多数二进制运算符完成的转换为通用类型）。

整体促销：

[会议舞会]/1

除

bool、char16_t、char32_t 或 wchar_t 以外的整数类型的 prvalue 如果整数转换秩小于 int 秩，则可以转换为类型 int 的 prvalue，如果int可以表示源类型的所有值;否则，源 prvalue 可以转换为 unsigned int 类型的 prvalue。

（"其他"列表中还有其他类型的条目，我在这里省略了它们，但您可以在标准草案中查找）。

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关于整数提升需要注意的是，它们是保值的，如果你有价值-30 char，那么提升后它将是一个价值-30 int。 您无需考虑"符号扩展"之类的事情。

您对~'q'的初始分析是正确的，并且结果的类型为 int（因为int可以表示正常系统上char的所有值）。

事实证明，任何设置了最高有效位的int都表示负值（在标准的另一部分中有关于此的规则，我在这里没有引用），因此~'q'是一个负int。

查看 [expr.shift]/2，我们看到这意味着左移会导致未定义的行为（该段前面的任何情况都没有涵盖）。

当然，通过编辑问题，我的答案现在部分回答了一个与提出的问题不同的问题，所以这里尝试回答"新"问题：

促销规则（什么转换为什么）在标准中得到了很好的定义。类型char可以是signed也可以是unsigned - 在某些编译器中，您甚至可以给编译器一个标志，说"我想要无符号字符类型"或"我想要有符号的字符类型" - 但大多数编译器只是将char定义为signed或unsigned。

默认情况下，常量（如 6）是有符号的。当在代码中写入操作（例如'q' << 6）时，编译器会将任何较小的类型转换为任何较大的类型[或者，如果您通常执行任何算术运算，则char转换为int]，因此'q'成为'q'的整数值。如果要避免这种情况，则应使用 6u 或显式强制转换，例如 static_cast<unsigned>('q') << 6 - 这样，就可以确保操作数转换为无符号，而不是有符号。

操作未定义，因为不同的硬件行为不同，并且存在具有"奇怪"编号系统的架构，这意味着标准委员会必须在"排除/使操作效率极低"或"以不太明确的方式定义标准"之间进行选择。在一些架构中，溢出整数也可能是一个陷阱，如果你移动以改变数字上的符号，这通常算作溢出 - 并且由于陷阱通常意味着"你的代码不再运行"，那不是你的普通程序员所期望的 ->属于"未定义行为"的保护伞。大多数处理器不会，如果你这样做，就不会发生任何真正糟糕的事情。

旧答案：因此，避免这种情况的解决方案是在移动它们之前始终将有符号值（包括char）转换为无符号（或接受您的代码可能无法在另一个编译器、具有不同选项的同一编译器或同一编译器的下一个版本上运行）。

还值得注意的是，结果值"几乎总是你所期望的"（因为编译器/处理器只会对值执行左移或右移，在右移时使用符号位向下移位），它只是未定义或实现定义，因为某些机器架构可能没有硬件来"正确执行此操作"， C 编译器仍然需要在这些系统上工作。

符号位是二进制补码中的最高位，您不会通过移动该数字来更改它：

       11111111 11111111 11111111 10001110 << 6 =
111111 11111111 11111111 11100011 10000000
^^^^^^--- goes away.
result=11111111 11111111 11100011 10000000 

或作为十六进制数：0xffffe380。