为什么在使用 -Wconversion 时对（超过）三个无符号字符的算术运算总是触发警告？

Question

编译如下代码

// foo.c

typedef unsigned char uint8_t;

int main() {
    uint8_t a = 1;
    uint8_t b = 10;
    uint8_t c = 12;

    uint8_t k = a + b + c;
}

通过以下完整命令使用 GCC 11.2（以及其他 GCC 版本）：

gcc -Wconversion foo.c

导致以下警告：

Output of x86-64 gcc 11.2 (Compiler #3)
<source>: In function 'main':
<source>:11:17: warning: conversion from 'int' to 'uint8_t' {aka 'unsigned char'} may change value [-Wconversion]
   11 |     uint8_t k = a + b + c;
      |                 ^
Compiler returned: 0

例如，添加两个无符号字符（即a + b）时不会发生这种情况。 在超过三个无符号字符之间使用算术运算的任意组合时会发生这种情况。 并且在 clang 版本 12.0.1 中不会发生这种情况。

为什么a + b + c 会导致int 在分配给k 之前必须转换为uint8_t 以抑制警告？

Answer 1

这是由于整数提升在 C 中的工作方式。C 标准规定，如果 int 可以保存 a 和 b 类型的值 - 那么它们将转换为 int操作。

uint8_t 和 int 就是这种情况。

引用标准（6.3.1.1）：

每个整数类型都有一个整数转换等级定义如下

...

如果一个 int 可以表示原始类型的所有值，则该值为 转换为 int；否则，它将转换为无符号整数。 这些被称为整数促销。 48) 所有其他类型都是 整数促销保持不变

---

在旧版本的 gcc 中 - 此警告是由添加两个操作数（如 a + b）触发的。在 GCC 10 中，默认情况下这已从 -Wconversion 中删除，但此警告适用于 -Warth-conversion。来自GCC 10 release notes：

-Warith-conversion 重新启用来自 -Wconversion、-Wfloat-conversion 和 -Wsign-conversion 的警告，对于算术运算结果不会出现的表达式，这些警告现在默认关闭 由于提升而适合目标类型，但 表达式确实适合目标类型。

即由于 GCC 10，a + b 不会触发 -Wconversion 警告的原因是 express 的两个操作数都是 uint8_t，它们确实适合目标类型 (int)。

a + b + c 不再是这种情况，因为a + b 变成了int，而表达式变成了int + uint8_t - 这似乎不满足“表达式的操作数确实适合目标类型”。