位操作的标准(跨平台）方法

Standard (cross-platform) way for bit manipulation

本文关键字：方法 跨平台 标准 位操作      更新时间：2023-10-16

是数字的不同二进制表示形式(例如，取大/小端序)，这是跨平台的：

// NOTE: FIXED-SIZE unsigned integral type
some_unsigned_type variable = some_number;
// set n-th bit, starting from 1,
// right-to-left (least significant-to most significant)
variable |= ( 1 << ( n - 1 ) );
// clear the same bit:    
variable &= ~( 1 << ( n - 1 ) );

换句话说，编译器是否始终负责固定大小的无符号数字的不同二进制表示形式，或者它是特定于平台的？

如果variable是有符号整型(例如，int)并且其值为

  • 零
  • 阳性
  • 阴性？

《标准》对此有何规定？

附言而且，是的，我对两者都很有趣 -C和C++，请不要告诉我它们是不同的语言，因为我知道这个:)

如果需要，我可以粘贴真实示例，但帖子会变得太长

除非some_unsigned_type是固定宽度的类型，否则这是您的第一个特定于平台的类型。在一个平台上，您可能会转移一些值本身永远不会重复的信息，而在另一个平台上，它可能不会。例：

16 bit 'int':
1000 0000  0000 0000
<<1 = 0000 0000  0000 0000
>>1 = 0000 0000  0000 0000
32 bit 'int':
0000 0000  0000 0000   1000 0000  0000 0000
<<1 = 0000 0000  0000 0001   0000 0000  0000 0000
>>1 = 0000 0000  0000 0000   1000 0000  0000 0000

C++标准中的5.8 Shift Operators也这样说：

行为未定义，如果正确的操作数 为负数，或大于或等于提升的左操作数的长度(以位为单位)。

因此，如果将整数移动的位数多于实际位数，则会进入未定义的行为。 例如，如果将short值左移 17 位，它可能会在某些机器上为您提供 UB，但不是全部。

C11在6.5.7 Bitwise shift operators中说，除了其他事情之外，这个：

E1 >> E2的结果是E1位位置右移E2。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，则结果的值为整数E1 / 2E2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。

因此，符号数字移位是不便携的。

因此，整数的一般答案是：

对整数的按位操作不可移植。

免责声明：我隐含地假设您正在谈论具有固定宽度的整数类型。否则移位是非常危险的...

标准： n3337 C++11

移位的定义对于无符号类型或有符号类型 (*) 中的正值是数学定义的，因此不受基础硬件表示形式的影响。

5.8 移位运算符

2E1 << E2的值E1E2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 × 2E2，比结果类型中可表示的最大值多减模 1。否则，如果E1具有有符号类型和非负值，并且E1×2E2在结果类型中可表示，则这就是结果值;否则，行为是未定义的。

3E1 >> E2的值E1E2位位置右移。如果E1具有无符号类型，或者E1具有有符号类型和非负值，则结果的值是E1/2E2商的整数部分。如果E1具有带符号类型和负值，则结果值由实现定义。

出于同样的原因，我认为按位and、or和negate是可以的：它们是用数学定义的。

5.3.1 一元运算符 [expr.unary.op]

10˜的操作数应具有整备或无作用域枚举类型;结果是其操作数的 one 补码。

5.11 按位 AND 运算符 [expr.bit.and]

1执行通常的算术转换;结果是操作数的按位 AND 函数。运算符仅适用于整型或无作用域枚举操作数。

5.13 按位包含 OR 运算符 [expr.or]

1执行通常的算术转换;结果是其操作数的按位包含 OR 函数。运算符仅适用于整型或无作用域枚举操作数。

然而，我承认我对后两者不太确定，我找不到按位XX函数的任何定义，所以即使我相信他们指的是数学对应物，我也不能保证。

(*) 感谢 phresnel 指出这一点。

如果您移动负数(或有符号)数字(通过大多数实现是相同的 U2 事物)，它是特定于实现的。如果您将无符号数字移位的值不超过变量中的位数，则大多数用途都是可移植的。

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