将负整数转换为更大的无符号整数

Question

我遇到过执行以下转换的代码：

static_cast<unsigned long>(-1)

据我所知，C++ 标准定义了将有符号整数值转换为无符号整数类型时会发生什么（请参阅：What happens if I assign a negative value to an unsigned variable?）。

我在上面的代码中担心的是源类型和目标类型的大小可能不同，以及这是否会对结果产生影响。编译器会在转换之前扩大源值类型吗？它会改为转换为相同大小的无符号整数然后放大吗？还是别的什么？

用代码澄清一下，

int nInt = -1;
long nLong = -1; // assume sizeof(long) > sizeof(int)

unsigned long res1 = static_cast<unsigned long>(nInt)
unsigned long res2 = static_cast<unsigned long>(nLong);

assert(res1 == res2); // ???

基本上，我应该担心编写类似的代码

static_cast<unsigned long>(-1L)

结束

static_cast<unsigned long>(-1)

Answer 1

来自 C++11 标准，4.7“积分转换”，第 2 段：

如果目标类型是无符号的，则结果值是最小的 与源整数一致的无符号整数（模 2ⁿ 其中 n 是用来表示无符号类型的位数）。

换句话说，当转换为无符号整数时，只有输入的值很重要，而不是它的类型。将 -1 转换为 n 位无符号整数将始终为您提供 2ⁿ-1，无论 -1 以哪种整数类型开始。

Answer 2

这是一个很好的问题，draft C++ standard 这个部分的4.7 积分转换 说：

如果目标类型是无符号的，则结果值是与源整数一致的最小无符号整数（模 2ⁿ 其中 n 是用于表示无符号类型的位数）。 [ ...]

不是最直接的解释，在这种情况下，我会回到draft C99 standard，它说：

否则，如果新类型是无符号的，则通过重复添加或转换值 比新类型可以表示的最大值多减一 直到值在新类型的范围内。⁴⁹

脚注49 有用的是：

这些规则描述的是数学值的算术运算，而不是给定类型表达式的值。

这更直接，并且无论操作数是什么类型，都清楚地给出了-1 + MAX + 1 即MAX 的结果。