有符号整型类型按位运算的结果是否定义良好？

Question

考虑以下代码：

using integer = int; // or any other fundamental integral type 
using unsigned_integer = typename std::make_unsigned<integer>::type; 
constexpr integer bits = std::numeric_limits<unsigned_integer>::digits; 
integer value = -42; // or any value 
integer mask = static_cast<integer>(1)<<static_cast<integer>(bits-1); 
bool result_and = value & mask; 
bool result_or = value | mask; 
bool result_xor = value^mask; 

我想知道如何以及是根据标准定义这些操作。我是否有保证在所有架构上获得相同的结果？我肯定会对所有体系结构上的符号位进行操作，其符号位为0（正数），1（负数）？

Answer 1

在标准中，按位和/或按位或按位异或的结果目前未详细说明，特别是从未定义位位。我们有defect report 1857: Additional questions about bits覆盖这个问题，并说：

的位操作的5.11 [expr.bit.and]规范， 5.12 [expr.xor]和5.13 [expr.or]使用未定义在描述操作时使用术语“按位”，而不指定是否为 值或视图中的对象表示。这种分辨率的

某些部分可能被定义的“位”（其否则目前用C未定义++）作为2.

给定的功率的值和分辨率为：

CWG决定重新描述操作 本身，以避免引用位，将较大的定义“位”等的问题分割为考虑进一步考虑的问题1943。

这导致合并defect report 1943: Unspecified meaning of “bit”。

左移符号类型的结果将取决于底层表示。

5.8目前的措辞[expr.shift]第2款使得未定义行为 创建most-：我们可以从做它明确定义向左转移到符号位并表示defect report 1457: Undefined behavior in left-shift看到这

：由 左移位（签字）1到符号位，尽管这不是 罕见完成，正确适用于大多数 （二进制补码）的架构给定类型的负整数

...如果E1有签名类型和非负数VA lue，并且E1⨯2E2可以在结果类型中表示，那么这就是结果值; 否则，行为是不确定的。

因此，此技术不能用于常量表达式， 将破坏大量的代码。

地注意到对大多数的 （二进制补码）架构正常工作的，声明的重点。所以它依赖于例如二进制补码的基本表示。

Answer 2

关于左和右移位运算符，从C++标准第5.8节：

的行为是不确定如果将右操作数是负的，或大于 或等于所述长度在受促进的左侧的位操作数。

然后它说，向左移位运算符E1 < < E2导致一个未定义的行为当所有满足以下条件：

• 左操作数有符号的类型。
• 左操作数有一个负值，或者它有一个非负值，使E1×2^E2在结果类型中不可表示。

关于右移运算符E1 >> E2，如果左操作数具有带符号类型和负值，则行为与实现有关。

按位AND，XOR和OR运算符对所有积分类型都定义良好。这分别在第5.11,5.12和5.13节中规定。

但是，请注意，有符号整数值的表示可以是二进制补码，一进制补码或有符号幅度。尽管大多数编译器使用二进制补码表示法。这些包括gcc，VC++，icl和Clang。

Answer 3

运营商&，|和^是按位，并处理各个位，所以他们会做你写什么：应用mask。

左移<<操作符有点棘手。如果您改变负值或者将1移至符号位位置或超出位置，它将导致未定义的行为。

static_cast<integer>(1)<<static_cast<integer>(bits-1);

看来你转移1那里签位的位置，它是不确定的行为。