Warum führt der rechte Verschiebungsoperator („>>“) in C zu unerwarteten Ergebnissen, wenn er um 32 Bit verschoben wird?

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Unerwartetes Verhalten des rechten Shift-Operators (1 >> 32)

Im Bereich der Programmierung ist der rechte Shift-Operator (>> ) wird üblicherweise zur Durchführung bitweiser Operationen verwendet, insbesondere zum Teilen einer Ganzzahl durch eine Zweierpotenz. Beim Verschieben um größere Werte kann es jedoch zu eigenartigem Verhalten kommen, wie der folgende C-Code zeigt:

<code class="cpp">int foo(int a, int b) {
   return a >> b;
}

int bar(uint64_t a, int b) {
   return a >> b;
}

int main() {
    std::cout << "foo(1, 32): " << foo(1, 32) << std::endl;
    std::cout << "bar(1, 32): " << bar(1, 32) << std::endl;
    std::cout << "1 >> 32: " << (1 >> 32) << std::endl; //warning here
    std::cout << "(int)1 >> (int)32: " << ((int)1 >> (int)32) << std::endl; //warning here
}

Überraschenderweise , die Ausgabe dieses Programms zeigt unerwartete Ergebnisse:

foo(1, 32): 1 // Should be 0
bar(1, 32): 0
1 >> 32: 0
(int)1 >> (int)32: 0</code>

Der Grund für diese Ergebnisse liegt in der internen Funktionsweise der CPU und des Compilers.

Verhalten von foo() Funktion

In der Funktion foo() wird die Verschiebungsoperation ohne Umwandlung ausgeführt, was dazu führt, dass die CPU eine logische Rechtsverschiebung durchführt. Auf vielen Architekturen wird die logische Rechtsverschiebung als > implementiert. > (b % 32), wodurch die oberen Bits von b ignoriert werden. Daher ergibt foo(1, 32) 1 >>

Warum ist die Umwandlung in eine 64-Bit-Ganzzahl wichtig?

In der bar()-Funktion wird eine 64-Bit-Ganzzahl ohne Vorzeichen bereitgestellt, um sicherzustellen, dass das Ergebnis garantiert ist 0 sein, da b (32) kleiner ist als die Anzahl der Bits im Operanden (64). Wenn b jedoch auf 64 geändert wird, wird das Ergebnis unvorhersehbar und kann immer noch 1 ergeben.

Compiler-Optimierung

Im Fall von 1 >> 32 und (int)1 >> (int)32 optimiert der Compiler diese konstanten Ausdrücke zur Kompilierungszeit. Der Standard spezifiziert undefiniertes Verhalten für Rechtsverschiebungen, bei denen die Anzahl negativ oder größer oder gleich der Länge des Operanden ist. Da 32 die Länge des Operanden überschreitet, kann der Compiler das Ergebnis nicht ermitteln und gibt 0 als sicheren Fallback aus.

CPU-spezifisches Verhalten

Die Implementierung der Rechtsverschiebung Vorgänge können je nach CPU unterschiedlich sein. Auf x86/x86-64-Architekturen ist die logische Rechtsverschiebung praktisch ein >> (b % 32 oder 64), je nach Modus. Auf ARM-Prozessoren garantiert der richtige Shift-Betrieb jedoch Null für Shifts größer oder gleich 32.

Fazit

Bei der Arbeit mit rechten Shift-Operatoren ist dies unerlässlich um mögliches undefiniertes Verhalten zu berücksichtigen, insbesondere wenn die Anzahl der Verschiebungen die Länge des Operanden überschreitet. Durch die Umwandlung in breitere Ganzzahltypen, beispielsweise 64-Bit-Ganzzahlen, können konsistente Ergebnisse über verschiedene CPUs und Compiler hinweg sichergestellt werden.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonWarum führt der rechte Verschiebungsoperator („>>“) in C zu unerwarteten Ergebnissen, wenn er um 32 Bit verschoben wird?. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!