构造有符号位域

Question

下面我构建了一个我正在处理的使用位字段的代码的小示例。 在实现比较运算符时，我注意到它没有按预期工作。问题在于 -1 似乎并不小于 1。

考虑了一会儿，在我看来构造函数中的掩码有问题。

我在那里添加了“aValue & MAX_VALUE”，否则编译器会发出转换警告。但是，首先使用 MAX_VALUE 进行掩码，然后强制转换为 int32_t 不会给我正确的结果。

有谁知道我该如何解决这个问题？ 当我在 main() 方法中编写 minusOne.v = -1; 时，我似乎确实得到了预期的结果。但我不确定如何在构造函数中编写它（没有收到转换警告）。

#include <iostream>
#include <cstdint>

using namespace std;

struct int27_t
{
    int32_t v:27;

    constexpr static int32_t MIN_VALUE = -(1L << 26);
    constexpr static int32_t MAX_VALUE = (1L << 26) - 1;
    constexpr static int32_t MASK = 0x7FFFFFF;

    int27_t() : v(0) {}

    explicit int27_t(int32_t aValue) : v(static_cast<int32_t>(aValue & MAX_VALUE)) {}

    friend bool operator<(const int27_t& aLhs, const int27_t& aRhs);
};

bool operator<(const int27_t& aLhs, const int27_t& aRhs)
{
    return aLhs.v < aRhs.v;
}

int main()
{
    int27_t minusOne{-1};
    int27_t plusOne{1};
    cout << "MAX_VALUE == " << int27_t::MAX_VALUE << " == 0x" << hex << int27_t::MAX_VALUE << dec << endl;
    cout << "-1 == " << minusOne.v << " == 0x" << hex << minusOne.v << dec << endl;
    cout << "-1 cast to int32_t: " << static_cast<int32_t>(minusOne.v) << " == 0x" << hex << static_cast<int32_t>(minusOne.v) << dec << endl;
    cout << "-1 < 1 ? " << (minusOne < plusOne) << endl;
    cout << endl;
}

程序输出

MAX_VALUE == 67108863 == 0x3ffffff
-1 == 67108863 == 0x3ffffff
-1 cast to int32_t: 67108863 == 0x3ffffff
-1 < 1 ? 0

Answer 1

布尔算术不适用于有符号类型。 你只是 &-ing 离开你的构造函数中的标志。

您的代码基本上有四个问题：

1. 不要对有符号类型使用二进制算术。只是不要这样做。如果确实需要，算术转换为unsigned（乘以-1 并注意溢出），做一些事情并返回签名算术。
2. 您依赖于有符号数字的特定表示。据我所知（涉及符号类型的是 C99），该语言提供了三种不同的语言：符号和幅度、一个补码和二元补码，参见。 ISO/IEC 9899:TC2 §6.2.6.2-2。
3. 假设 二的补码，这应该适用于几乎所有最近的平台，你的 MIN_VALUE 差一。
4. 请不要使用位域。几乎任何最近的架构都会将其扩展为某种字大小的类型。除了麻烦之外，您可能一无所获，因为有符号溢出是未定义的行为。因此，以这种方式限制有符号类型的范围是没有意义的。