当 sizeof(int) == 4 时 1 << 31 在 C 中定义良好

Question

根据this questions的回答：

E1 的结果是E1左移E2位位置；空出的位用零填充。如果 E1 具有无符号类型，则结果的值为 E1 × 2^E2，比结果类型。如果 E1 有带符号类型和非负值，并且 E1 × 2^E2 在结果类型中是可表示的，那么这就是结果值；否则，行为未定义。

这似乎暗示 1 << 31 未定义。

但是，如果我使用1 << 31，GCC 不会发出警告。 它确实为1 << 32 发行了一份。 link

那是什么？我误解了标准吗？ GCC有自己的解释吗？

Answer 1

否：如果 int 类型只有 31 个值位，1 << 31 的行为未定义。

1U << 31 正常，如果类型 unsigned int 具有 32 个值位，则计算结果为 0x80000000。

在字节有 8 位的系统上，sizeof(int) == 4 意味着 int 最多有 31 个值位，因此将 1 移位 31 位是未定义的。相反，在CHAR_BIT > 8 的系统上，写1 << 31 可能没问题。

如果您提高警告级别，gcc 可能会发出警告。试试gcc -Wall -Wextra -W -Werror。 clang 确实会使用相同的选项发出警告。

为了解决 Michaël Roy 的 cmets，1 << 31 确实不可靠地评估为 INT_MIN。它可能会在您的系统上给出这个值，但标准并不保证它，实际上标准将其描述为未定义的行为，因此您不仅不能依赖它，还应该避免它以避免虚假错误。优化器通常会利用潜在的未定义行为来删除代码并打破程序员的假设。

例如，以下代码可能编译为简单的return 1;：

int check_shift(int i) {
   if ((1 << i) > 0)
       return 1;
   else
       return 0;
}

Godbolt's compiler explorer 支持的编译器都不支持，但这样做不会破坏一致性。

Answer 2

GCC 没有对此发出警告的原因是因为1 << 31 在 C90 中是有效（但由实现定义），并且 是有效（但由实现定义) 即使在现代 C++ 中。 C90 将<< 定义为位移位，然后说对于无符号类型，它的结果是乘法，但对于有符号类型没有做这样的事情，这隐含地使它有效并让它被按位的一般措辞所涵盖运算符具有签名类型的实现定义方面。现在的 C++ 将<< 定义为乘以对应的无符号类型，结果转换回有符号类型，这也是实现定义的。

C99 和 C11 确实使此无效（即行为未定义），但允许编译器接受它作为扩展。为了与现有代码兼容，并在 C 和 C++ 前端之间共享代码，GCC 继续这样做，但有一个例外：您可以使用 -fsanitize=undefined 来检测到未定义的行为以在运行时中止您的程序，而这个确实处理 1 << 31，但仅在编译为 C99 或 C11 时。

Answer 3

它确实会调用未定义的行为，正如其他答案/cmets 所解释的那样。但是，至于为什么 GCC 不发出诊断信息。

实际上有两件事会导致左移的未定义行为（均来自 [6.5.7]）：

1. 如果右操作数的值为负数或大于或等于提升的左操作数的宽度，则行为未定义。

2. 如果 E1 具有带符号类型和非负值，并且 E1 × 2^E2 在结果类型中是可表示的，那么这就是结果值；否则，行为未定义。

显然 GCC 会检测到第一个（因为这样做很简单），但不是后者。