为什么 long int 数据类型的左位移 << 位移超过 31？

Question

我想在我的程序中使用以下代码，但 gcc 不允许我将 1 左移超过 31。

sizeof(long int) 显示 8，那是不是意味着我可以左移到 63？

#include <iostream>

using namespace std;

int main(){
    long int x;
    x=(~0 & ~(1<<63));
    cout<<x<<endl;
    return 0;
}

编译输出如下警告：

left shift `count >= width` of type [enabled by default] `x=(~0 & ~(1<<63))`;
                                                                    ^

输出为-1。如果我左移 31 位，我会得到 2147483647，正如预期的 int。

我希望除了 MSB 之外的所有位都会打开，从而显示数据类型可以容纳的最大值。

Answer 1

虽然您的x 是long int 类型，但1 不是。 1 是一个int，所以1<<63 确实是未定义的。

按照 Wojtek 的建议尝试 (static_cast<long int>(1) << 63) 或 1L << 63。

Answer 2

您不能使用 1（默认为 int）将其移出 int 边界。

有一种更简单的方法可以让特定数据类型的“除了 MSB 之外的所有位都打开”

#include <iostream>
#include <limits>

using namespace std;

int main(){
    unsigned long int max = std::numeric_limits<unsigned long int>::max();
    unsigned long int max_without_MSB = max >> 1;
    cout<< max_without_MSB <<endl;
    return 0;
}

注意无符号类型。没有numeric_limits：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {

    long int max = -1;
    unsigned long int max_without_MSB = ((unsigned long int)max) >> 1;
    cout << max_without_MSB << endl;

    return 0;
}

Answer 3

您的标题具有误导性；如果long 确实那么大，则long 可以移动超过31 位。但是，您的代码转移了1，即int。

在 C++ 中，表达式的类型由表达式本身决定。无论如何，表达式XXXXX 具有相同的类型；如果你以后去double foo = XXXXX;，这并不意味着XXXXX 是双精度的——这意味着从XXXXX 到double 的转换发生。

如果您想长时间左移，请明确执行此操作，例如1L << 32，或((long)1) << 32。请注意，long 的大小因平台而异，因此如果您不希望代码在不同系统上运行时中断，那么您将不得不采取进一步措施，例如使用固定宽度类型或移位CHAR_BIT * sizeof(long) - 1.

您的预期代码还有另一个问题：如果 long 是 64 位或更少，1L << 63 会导致未定义的行为。这是因为有符号整数溢出；左移的定义与重复乘以 2 相同，因此尝试“移入符号位”会导致溢出。

要解决此问题，请在可以转换到 MSB 的情况下使用无符号类型，例如1ul << 63。

从技术上讲，如果您不在 2 的补码系统上，~0 不会做您想做的事情，但现在忽略这种情况是很安全的。

通过long x = ~0 & ~(1 << 63) 查看您的总体意图。更短的写法是：

long x = LONG_MAX;

由<climits> 定义。如果你想在所有平台上使用 64 位，那么

int64_t x = INT64_MAX;

注意。如果您不打算使用负值，请分别使用 unsigned long x 和 uint64_t。

Answer 4

首先让我说明一些关于转变的事情，这是您问题的根源：

不能保证long int 实际上是 64 位宽。

我能想到的最通用的方法是使用std::numeric_limits：

static_cast<long int>(1) << (std::numeric_limits<long int>::digits - 1);

现在您甚至可以将其设为 constexpr 模板函数：

template <typename Integer>
constexpr Integer foo()
{
    return static_cast<Integer>(1) << (std::numeric_limits<Integer>::digits - 1);
}

---

因此，用static_cast<long int>(1) << (std::numeric_limits<long int>::digits - 1) 替换班次将解决您的问题，但是还有更好的方法：

std::numeric_limits 包含一堆有用的东西，包括：

std::numeric_limits<T>::max(); // the maximum value T can hold
std::numeric_limits<T>::min(); // the minimum value T can hold
std::numeric_limits<T>::digits; // the number of binary digits
std::numeric_limits<T>::is_signed(); // well, do I have to explain? ;-)

有关完整列表，请参阅cppreference.com。您应该更喜欢标准库提供的工具，因为它很可能会出现更少的错误，并且其他开发人员会立即知道这一点。

Answer 5

除非明确提及，否则 C 中数值的默认数据类型是整数。

在这里，您必须将 1 类型转换为 long int，否则它将是一个 int。