Почему имеет значение, используются ли сдвиги влево и вправо вместе в одном выражении или нет?

Этот небольшой тест на самом деле более тонкий, чем кажется, поскольку поведение определяется реализацией:

• unsigned char x = 255; здесь нет двусмысленности, x - это unsigned char со значением 255, тип unsigned char гарантированно имеет достаточный диапазон для хранения 255.

• printf("%x\n", x); Это дает ff на стандартный вывод, но было бы чище написать printf("%hhx\n", x);, поскольку printf ожидает unsigned int для преобразования %x, а x - нет. Передача x может фактически передать int или unsigned int аргумент.

• unsigned char tmp = x << 7; Чтобы оценить выражение x << 7, x, являющееся unsigned char, сначала проходит целочисленное повышение, определенное в стандарте C 6.3.3.1: Если int может представлять все значения исходный тип (ограниченный шириной для битового поля), значение преобразуется в int; в противном случае он преобразуется в unsigned int. Это называется целочисленными рекламными акциями.

  Таким образом, если количество битов значения в unsigned char меньше или равно int (наиболее распространенный случай в настоящее время 8 против 31), x сначала повышается до int с тем же значением, которое затем сдвигается влево на 7 позиций. Результат, 0x7f80, гарантированно соответствует типу int, поэтому поведение четко определено, и преобразование этого значения в тип unsigned char эффективно усекает старшие биты значения. Если тип unsigned char имеет 8 бит, значение будет 128 (0x80), но если тип unsigned char имеет больше бит, значение в tmp может быть 0x180, 0x380, 0x780, 0xf80, 0x1f80, 0x3f80 или даже 0x7f80.

  Если тип unsigned char больше, чем int, что может происходить в редких системах, где sizeof(int) == 1, x повышается до unsigned int, и для этого типа выполняется сдвиг влево. Значение равно 0x7f80U, что гарантированно соответствует типу unsigned int, и сохранение его в tmp фактически не приводит к потере информации, поскольку тип unsigned char имеет тот же размер, что и unsigned int. Таким образом, tmp в этом случае будет иметь значение 0x7f80.

• unsigned char y = tmp >> 7; Оценка выполняется так же, как указано выше, tmp повышается до int или unsigned int в зависимости от системы, которая сохраняет его значение, и это значение сдвигается вправо на 7 позиций, что полностью определено, поскольку 7 меньше ширины типа (int или unsigned int) и значение положительное. В зависимости от количества битов типа unsigned char значение, хранимое в y, может быть 1, 3, 7, 15, 31, 63, 127 или 255, наиболее распространенная архитектура будет иметь y == 1.

• printf("%x\n", y); опять же, было бы лучше написать printf("%hhx\n", y);, и результат может быть 1 (наиболее частый случай) или 3, 7, f, 1f, 3f, 7f или ff в зависимости от количества битов значения в типе unsigned char.

• unsigned char z = (x << 7) >> 7; Целочисленное продвижение выполняется на x, как описано выше, значение (255) затем сдвигается влево на 7 битов как int или unsigned int, всегда дает 0x7f80, а затем сдвигается вправо на 7 позиций с конечным значением 0xff. Это поведение полностью определено.

• printf("%x\n", z); Еще раз, строка формата должна быть printf("%hhx\n", z);, а на выходе всегда будет ff.

Системы, в которых байты имеют более 8 бит, в наши дни становятся редкостью, но некоторые встроенные процессоры, такие как специализированные DSP, все еще делают это. При передаче unsigned char в качестве %x спецификатора преобразования потребовалась бы извращенная система, но лучше использовать %hhx или более переносимо писать printf("%x\n", (unsigned)z);

В этом примере переключение на 8 вместо 7 было бы еще более надуманным. Он будет иметь неопределенное поведение в системах с 16-битным int и 8-битным char.

«Промежуточные» значения в вашем последнем случае являются (полными) целыми числами, поэтому биты, которые смещены «за пределы диапазона» исходного типа unsigned char, сохраняются, и, таким образом, они все еще устанавливаются, когда результат преобразуется обратно в один байт .

Из этого проекта стандарта C11:

6.5.7 Операторы побитового сдвига
...
3 Целочисленные повышения выполняются для каждого из операндов. Тип результата - это продвинутый левый операнд ...

Однако в вашем первом случае, unsigned char tmp = x << 7;, tmp теряет шесть «старших» битов, когда результирующее «полное» целое число преобразуется (т. Е. усечено) обратно в один байт, давая значение 0x80; когда это затем сдвигается вправо в unsigned char y = tmp >> 7;, результат (как и ожидалось) 0x01.

Оператор сдвига не определен для типов char. Значение любого char операнда преобразуется в int, а результат выражения преобразуется в тип char. Таким образом, если вы поместите операторы сдвига влево и вправо в одно и то же выражение, расчет будет выполняться как тип int (без потери бита), а результат будет преобразован в char.