C 中整数文字和 ~ 的类型

Question

我是 C 初学者，我对 C 答案簿中的以下示例感到困惑。

在系统上查找 unsigned long long 大小的一种方法是键入：

printf("%llu", (unsigned long long) ~0);

我不知道为什么这种语法有效？

在我的系统上，int 是 32 位，long long 是 64 位。
我的预期是，由于0 是一个整数类型的常量，~0 计算一个 32 位整数的否定，然后由 cast 运算符转换为一个 unsigned long long。结果应该是 2³² - 1 。

不知何故，~ 运算符似乎已经知道它应该作用于 64 位？
编译器是否将此指令解释为 printf("%llu", ~(unsigned long long)0); ？这听起来不对，因为演员表和~ 具有相同的优先级。

Answer 1

根据 N1570 委员会草案：

6.5.3.3 Unary arithmetic operators

4. ~ 运算符的结果是它的 按位补码 （提升）操作数（即，结果中的每一位都被设置当且仅 如果未设置转换后的操作数中的相应位）。这 对操作数执行整数提升，结果有 提升的类型。如果提升的类型是“无符号类型，则 表达式 ~E 等价于可表示的最大值 键入减 E"。

§6.2.6.2 Language 45:

（一个补码）。其中哪一个适用是实现定义的，无论是符号位为 1 且所有值位为零（对于前两个）的值，还是符号位和所有值位为 1（对于 1'补），是陷阱表示或正常值。在符号和幅度以及反码的情况下，如果这种表示是正常值，则称为负零。

因此，代码的行为：

printf("%llu", (unsigned long long) ~0);

在某些机器上，实现定义和未定义 - 与预期不同 - 取决于机器中整数的内部表示。

根据第 6.5.3.3 节，批准的代码编写方式是：

printf("%llu", (unsigned long long) ~0u);

此外，~0u 的类型是 unsigned int，当您将其转换为 unsigned long long int 时，其格式字符串为 llu。使用格式字符串%u 打印~0u。

要了解类型转换的基本概念，您可以阅读：What exactly is a type cast in C/C++?

Answer 2

不知何故，看起来 ~ 运算符已经知道它应该作用于 64 位？

不是~ 运算符，而是演员表。以下是根据标准进行整数转换的方法：

6.3.1.3 有符号和无符号整数

• 当整数类型的值转换为_Bool以外的其他整数类型时，如果该值可以用新类型表示，则保持不变。
• 否则，如果新类型是无符号的，则在新类型可以表示的最大值的基础上反复加减一，直到该值在新类型的范围内。
• 否则，新类型是有符号的，值不能在其中表示；结果是实现定义的，或者引发了实现定义的信号。

有符号的int~0 的值对应于具有负值补码表示的系统上的-1。它不能用unsigned long long 表示，因此第一个要点不适用。

第二个要点确实适用：新类型是无符号的，因此将unsigned long long 的MAX 添加到-1 一次以将结果放入unsigned long long 的范围内。这与将 -1 符号扩展为 64 位的效果相同。

Answer 3

0 是一个int

~0 仍然是int，即值-1。

将 int 转换为 unsigned long long 只是为了匹配 printf 期望的类型与转换 llu。

但是，-1 扩展 unsigned long long 的值对于 4 字节 int 应该是 0xffffffff，对于 8 byte int 应该是 0xffffffffffffffff。

Answer 4

0 的类型是 int，而不是 unsigned int。因此，~0 将（在使用二进制补码整数表示的机器上，这就是今天所使用的全部）为 -1，而不是 2³² - 1。

假设 64 位 unsigned long long，(unsigned long long) -1 是 -1 模 2⁶⁴，即 2⁶⁴ - 1。