为什么这个常量表达式不是常量

Question

我有以下 C 清单：

static const int constant = (0 | ((((1 << 6) - 1) << ((((0 + 8) + 8) + 3) + 7)) & ((1) << ((((0 + 8) + 8) + 3) + 7))) | ((((1 << 7) - 1) << (((0 + 8) + 8) + 3)) & ((0) << (((0 + 8) + 8) + 3))) | ((((1 << 3) - 1) << ((0 + 8) + 8)) & ((0) << ((0 + 8) + 8))) | ((((1 << 8) - 1) << 0) & ((1) << 0)));

int main(int argc, char** argv)
{
    return constant;
}

当我尝试使用 GCC-9.1 使用此命令行编译它时：

gcc-9 -Werror -Wpedantic main.c

我收到此错误：

main.c:1:29: error: initializer element is not a constant expression [-Werror=pedantic]

这是为什么呢？这是编译器错误吗？显然，constant 是用常量表达式初始化的。

Answer 1

我收到此错误：

main.c:1:29: error: initializer element is not a constant expression [-Werror=pedantic]

这是为什么呢？这是编译器错误吗？显然，常量被初始化 使用常量表达式。

“常量表达式”在语言标准中是a defined term。我怀疑 GCC 正在以这种方式使用它，因为标准确实要求您的初始化程序在这个意义上是一个常量表达式。当然，您的代码的评估需要在这种情况下进行。

常量表达式有两种语言限制：

常量表达式不应包含赋值、自增、 减量、函数调用或逗号运算符，除非它们是 包含在未计算的子表达式中。

和

每个常量表达式都应计算为一个常量，该常量位于 其类型的可表示值范围。

前者对你来说不是问题。然而，后者是在类型 int 具有 31 个或更少值位的 C 实现中的问题（包括大多数平台上的 GCC）。特别考虑这个子表达式：

(((1 << 6) - 1) << ((((0 + 8) + 8) + 3) + 7))

...但是为了理智，让我们删除一些不必要的括号并简化外部<< 的右侧以获得它，它保留了相关特征：

((1 << 6) - 1) << 26

所有单个数字常量的类型为int，因此所有中间结果也是如此（其中简化版本中的“26”对应于原始表达式中的这种中间结果）。该左移的算术正确结果需要至少 32 个值位，并且因为您的 int（可能）没有那么多，因为为符号保留了一位，所以行为是未定义的。

因此，这里没有编译器错误，尽管您可能有理由抱怨实施质量。同样，没有任何编译器在没有警告或错误的情况下接受代码，因为这个原因是错误的。在另一种意义上，您的代码确实违反了语言约束，从这个意义上说，编译器有义务发出诊断，尽管它选择的那个似乎具有误导性。

此外，其他人在这个问题上的 cmets 似乎确认溢出与错误相关，因为将调用表达式从使用 (1 << 6) 更改为 (1 << 5) 或 (1u << 6) 解决了其他人的错误可以重现它。两者都产生没有任何未定义行为的子表达式的整体表达式。

请注意，在进行按位操作时，最好避免使用有符号整数类型。因此，忽略对从中得出的更大程序的任何影响，我倾向于将您的示例程序重写为

static const unsigned int constant = (0 
    | ((((1u << 6) - 1) << ((((0 + 8) + 8) + 3) + 7)) & ((1u) << ((((0 + 8) + 8) + 3) + 7)))
    | ((((1u << 7) - 1) << (((0 + 8) + 8) + 3))       & ((0u) << (((0 + 8) + 8) + 3)))
    | ((((1u << 3) - 1) << ((0 + 8) + 8))             & ((0u) << ((0 + 8) + 8)))
    | ((((1u << 8) - 1) << 0)                         & ((1u) << 0)));

int main(void) {
    // There's a potential issue with the conversion of the return value, too, but it
    // does not affect the particular expression at issue here.
    return constant;
}

请注意，按位移位结果的类型仅由其左侧操作数的类型决定。