编译器是否优化了净零位移？答案

【问题标题】：Do compilers optimize out net zero bit shifts?编译器是否优化了净零位移？
【发布时间】：2018-07-24 08:25:12
【问题描述】：

我认为clang++ (Ubuntu clang version 3.5.2-3ubuntu1 (tags/RELEASE_352/final) (based on LLVM 3.5.2)) 正在编译的.cpp 文件中有一些类似于以下代码块的代码（我不允许发布原始代码）。
它看起来像C 代码，因为我们使用GoogleTest 来测试我们的C 代码。总之：

size_t const SHIFT = 4;
uint8_t var, var2;
/* Omitted: Code that sets var to, say 00011000 (base 2) */
var2 = var;
var = var << SHIFT >> SHIFT; // [1] result is 00011000 (base 2) (tested with printf)
var2 = var2 << SHIFT;
var2 = var2 >> SHIFT; // [2] result is 00001000 (base 2) (tested with printf)

现在，为什么评论 [1] 成立？我假设相应的行会导致前 4 位被清零。但我发现这不是真的；该程序只是恢复原始值。

这是某种语言定义的行为，还是 clang 编译出一个所谓无用的位移？

（我检查了关联性（使用this table on cppreference.com，假设基本运算符的关联性/优先级在C++ 的版本之间不会有所不同，并且可能不会在C++ 和C 之间有所不同，至少在'current版本'），看起来[1] 处的 RHS 表达式确实应该产生与以下两个语句相同的结果）

【问题讨论】：

整数提升。
啊哈哈。谢谢@Mysticial！你愿意回答吗？否则我会很快自己回答。我想我的收获是宁愿使用& 而不是左右移动......
此外，通常左移后右移相同数量的位，这不是您似乎期望的身份操作。它执行掩码操作。
如果 var 未初始化，则结果是未定义的行为，这意味着（除其他外）如果 var2 == var 是合法的，不会产生任何变化。
@polynomial_donut 相同的标志：clang 5.0.0（在 godbolt.org/g/kXVkQz 上测试）：6:17：警告：隐式转换失去整数精度：'int' 到 'uint8_t'（又名' unsigned char') [-Wconversion]

标签： c++ c compilation compiler-optimization clang++

【解决方案1】：

您看到的是整数促销的结果。任何等级类型低于int 的值，在表达式中使用时，都会提升为int。

这是C standard 的第 6.3.1.1 节中的详细信息

2 以下内容可用于int 或unsigned int 可能出现的表达式中使用：

具有整数类型的对象或表达式（int 或 unsigned int 除外）其整数转换等级小于或等于int 的等级并且 unsigned int。

_Bool、int、signed int 或 unsigned int 类型的位字段。

如果int 可以表示原始类型的所有值（受宽度限制，对于位域），该值被转换为int；否则，它将转换为unsigned int。这些称为整数促销。所有其他类型均由整数促销。

在这种情况下：

var = var << SHIFT >> SHIFT;

var 首先被提升为int。这种类型至少有 16 位宽，最有可能是 32 位宽。所以被操作的值是0x00000018。左移 4 得到0x00000180，随后右移得到0x00000018。

然后将结果存储在uint_8 中。由于该值适合这种类型的变量，因此不需要转换并且存储了0x18。

【讨论】：

我说var 被提升为size_t aka unsigned int（不是int）是不是错了？
但可能有情况due to promotions that could have unexpected results
@polynomial_donut 这是不正确的，因为 1) size_t 可能大于 unsigned int，并且 2) 标准明确指出提升值的类型是int.
如果您对语言律师的详细程度不感兴趣，经验法则是整数提升在 C 和 C++ 中很糟糕。如果您认为这很糟糕，请等到您使用整数类型（一般为数字类型）重载歧义。
@Mysticial 幸运的是，我们正在与C 合作，所以没有C++ voodoo :) (*基本单元测试代码除外-_-)

【解决方案2】：

表达式：

var = var << SHIFT >> SHIFT;

在语义上不等价于

var = var << SHIFT ;
var = var >> SHIFT ;

这需要：

var = (uint8_t)(var << SHIFT) >> SHIFT ;

这说明了两者之间的有效区别 - 观察到的行为不需要优化，而是要求语言定义关于表达式中的类型提升规则。

也就是说，编译器也完全有可能优化移位。在这种情况下，优化可能不会改变定义行为的结果。

【讨论】：