C++ - uchar 按位不产生 int

Question

我对 C++ 在按位应用而不是无符号字符时的行为感到惊讶。

取二进制值01010101b，即0x55，或85。对 8 位表示不按位应用应该会产生 10101010b，即 0xAA 或 170。

但是，我无法在 C++ 中重现上述内容。以下简单断言失败。

assert(static_cast<unsigned char>(0xAAu) == ~static_cast<unsigned char>(0x55u));

我使用以下代码打印了0x55、0xAA 和~0x55（作为uchar）的值。它揭示了按位不做我期望它做的事情。

std::cout << "--> 0x55: " << 0x55u << ", 0xAA: " << 0xAAu << ", ~0x55: "
     << static_cast<unsigned>(~static_cast<unsigned char>(0x55u)) << std::endl;

--> 0x55: 85, 0xAA: 170, ~0x55: 4294967210

为~0x55 打印的数字等于11111111111111111111111110101010b，这不是0x55 的32 位位。因此，~ 运算符对 32 位整数进行操作，即使我将输入显式转换为 unsigned char。这是为什么呢？

我应用了另一个测试来查看~ 运算符返回的类型。结果在unsigned char 输入上是int：

template <class T>
struct Print;

// inside main()    
Print<decltype(~static_cast<unsigned char>(0x55))> dummy;

产生以下编译器错误，这表明结果的类型为 int。

error: implicit instantiation of undefined template 'Print<int>'
    Print<decltype(~static_cast<unsigned char>(0x55u))> dummy;

我做错了什么？或者，如何让 C++ 从 ~0x55 生成 0xAA？

完整代码是here

Answer 1

积分提升是在 ~ 的操作数上执行的，我们可以通过转到 draft C++ standard 部分 5.3.1 看到这一点 一元运算符，上面写着（强调我的 ):

~ 的操作数应具有整数或无范围枚举类型；这 result 是其操作数的反码。 综合促销 被执行。结果的类型是提升的操作数的类型[...]

并且积分促销在4.5部分中进行了介绍积分促销并说：

除 bool、char16_t、char32_t 或 wchar_t 其整数转换等级 (4.13) 小于 如果 int 可以表示所有，则 int 可以转换为 int 类型的纯右值 源类型的值；

为了完整性，要查看 unsigned char 等级小于 int 的等级，我们可以转到 4.13 部分 整数转换等级 上面写着：

有符号整数类型的秩应大于 任何尺寸较小的有符号整数类型。

和：

char 的秩应该等于signed char 和unsigned 的秩 字符。

一种解决方案是将结果分配给一个 unsigned char，这是安全的，因为您不必担心有符号整数溢出。

正如 Ben Voigt 指出的那样，拥有一个包含 sizeof (int) == 1 和 CHAR_BIT >= 32 的系统是合规的。在这种情况下，unsigned char 的等级不会小于 int，因此提升将是 unsigned int。我们不知道实际发生这种情况的任何系统。

Answer 2

关于积分提升的答案是正确的。

您可以通过以正确的顺序进行强制转换和 NOTting 来获得所需的结果：

assert(static_cast<unsigned char>(0xAAu) == static_cast<unsigned char>(~0x55u));

Answer 3

您可以通过将 ~0x55 的结果分配给 unsigned char 来“截断”前导 1：

#include <iostream>

int main()
{
    unsigned char input = 0x55;
    unsigned char output = ~input;

    std::cout << "input: " << (int)input << " output: " << (int)output << std::endl;

    return 0;
}

结果：

input: 85 output: 170