c位操作错误

Question

x 的来源已更新。这是一项任务，我被要求填写该功能。分配的要求是我不能更改参数类型或进行任何类型转换。所以我有这个问题。

我想使用 c 实现位计数。代码如下：

int bitCount(int x) {
    int mask1 = 0x55555555;
    int mask2 = 0x33333333;
    int mask3 = 0x0f0f0f0f;
    int mask4 = 0x00ff00ff;
    int mask5 = 0x0000ffff;
    //x = 0xffffffff;
    if (x != 0xffffffff) {
        exit(0);
    }
    printf("%x\n", x);
    x = (x & mask1) + ((x >> 1) & mask1);
    printf("%x\n", x);
    x = (x & mask2) + ((x >> 2) & mask2);
    printf("%x\n", x);
    x = (x & mask3) + ((x >> 4) & mask3);
    printf("%x\n", x);
    x = (x & mask4) + ((x >> 8) & mask4);
    printf("%x\n", x);
    x = (x & mask5) + ((x >> 16) & mask5);
    printf("%x\n", x);

    return x;
}

当x = -1（或十六进制的0xffffffff）时，答案应该是0x20。但实际上输出是：

ffffffff
aaaaaaaa
24444444
6080808
e0010
1e

如果我取消注释该行 代码中"x = 0xffffffff"，输出变为：

ffffffff
aaaaaaaa
44444444
8080808
100010
20

操作系统是 Mac OS X。gcc 版本是：

gcc --version

配置：

--prefix=/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/usr --with-gxx-include-dir=/usr/include/c++/4.2.1
Apple LLVM version 7.0.2 (clang-700.1.81)
Target: x86_64-apple-darwin14.5.0
Thread model: posix

为什么？

Answer 1

首先，负整数的右移是实现定义的：

E1 >> E2 的结果是 E1 右移 E2 位位置。如果E1 具有无符号类型或E1 具有带符号类型和非负值，则结果的值是整数 E1 / 2^E2 商的一部分。如果 E1 具有带符号类型和负值，则结果值是实现定义的。

但是，假设我们使用的是 x86，并且负整数的右移就像它是 2 的补码表示一样工作，并产生正确的 32 位值。如果int x = 0xFFFFFFFF 那么x & mask1 是0x55555555 并且(x >> 1) & mask 也是0x55555555，两者都是正数；然后他们的总和是0xAAAAAAAA

x = (x & mask1) + ((x >> 1) & mask1);

如果int 是 32 位宽，

会导致有符号整数溢出，因此您的代码具有未定义行为。你应该必须使用unsigned int来进行这种位旋转而不是int。

我无法在我的计算机上重现您的错误，但我可以通过在溢出添加后屏蔽 x 的符号位来获得相同的输出：

x = (x & mask1) + ((x >> 1) & mask1);
x = x & 0x7FFFFFFF;

只有通过此更改，我才能获得您观察到的错误输出：

ffffffff
aaaaaaaa
24444444
6080808
e0010
1e

---

当 64 位处理器变得越来越普遍时，这种 32 位整数的未定义行为增加了很多 - 根据 C 标准，允许编译器将 64 位寄存器用于 32 位 有符号 整数，因为它们永远不会溢出，如果你溢出它们，你的“32 位”int 变量甚至可能最终包含 64 位值 .

Answer 2

我正要上床睡觉，但后来被这个答案打扰了，所以我起床了。我不关心初始化/不初始化。很难知道，因为你的代码只有 1/2，但我认为更多的是关于有符号/无符号的差异。

您正在右移，这对于有符号数保留负位；但对于未签名的不会。看起来您的数字集具有较小的值是在轮班中使用无符号数字的结果。

我注意到您没有指定x 的类型。这对C 来说真的很奇怪，你真的应该在那个变量前面放一个类型。

--- 原帖如下---

在

x = 0xffffffff;

您清楚地将变量 x 初始化为已知的特定值。

在

if (x != 0xffffffff) {

您清楚地检查未初始化变量x 中的任何内容与已知的特定值。简而言之，在程序运行之前，您不知道变量 x 的内存中有什么，这就是您要阅读的内容。

你只是“走运了”，得到了一些“看起来不错”的输出，但如果你以不同的方式运行它，或者在不同的机器上运行它，你很可能根本不会得到相同的输出。