左移位并丢弃位

Question

让我们考虑一下将无符号短整数值（或任何其他无符号整数类型）的右N位置零的函数（它的可能实现之一）。可能的实现可能看起来像以下：

template<unsigned int shift> 
unsigned short zero_right(unsigned short arg) { 
    using type = unsigned short; 

    constexpr type mask = ~(type(0)); 
    constexpr type right_zeros = mask << shift; // <-- error here 
    return arg & right_zeros; 
} 

int check() { 
    return zero_right<4>(16); 
} 

有了这个代码，我已经获得所有的编译器抱怨，以这种或那种方式，对可能的溢出。铛是最明确的一个，有以下明确的信息：

error: implicit conversion from 'int' to 'const type' (aka 'const unsigned short') changes value from 1048560 to 65520 [-Werror,-Wconstant-conversion]

此代码看起来明确界定，并明确为一天给我，但是当3个编译器抱怨，我变得很紧张。我在这里错过了什么吗？真的有机会发生腥吗？

P.S.虽然zeriong左侧X位的替代实现可能是受欢迎和有趣的，但这个问题的主要焦点是发布代码的有效性。

Answer 1

的消息似乎很平淡：

error: implicit conversion from 'int' to 'const type' (aka 'const unsigned short') changes value from 1048560 to 65520 [-Werror,-Wconstant-conversion]

mask << shift具有价值1048560（从65535 << 4产生），并且将其分配给unsigned short，其被定义为调整值mod 65536，给人65520。

这最后一个转换是明确的。错误消息是因为您通过了编译器标记-Werror,-Wconstant-conversion，要求在这种情况下收到错误消息。如果你不想要这个错误，那么不要传递这些标志。

---

虽然此特定用法被明确定义的，有可能是某些输入（即，被shift16或更大，如果使用的是32位int系统）未定义的行为。所以你应该修复这个功能。

要解决此功能，您需要在unsigned short的情况下更加小心，因为无符号短整数提升整数提升令人讨厌的规则。

这里有一个解决方案与其他产品有点不同..完全避免换挡的问题，适用于任何平移尺寸：

template<unsigned int shift, typename T> 
constexpr T zero_right(T arg) 
{ 
    T mask = -1; 
    for (int s = shift; s--;) mask *= 2u; 
    return mask & arg; 
} 

// Demo 
auto f() { return zero_right<15>((unsigned short)65535); } // mov eax, 32768 

Answer 2

从C++ 11标准：整数提升施加到后mask

5.8 Shift operators [expr.shift]

1 ...

The operands shall be of integral or unscoped enumeration type and integral promotions are performed. The type of the result is that of the promoted left operand.

表达

mask << shift; 

评价。因此，如果sizeof(unsigned short)是2，则其评估为1048560，其解释来自铛的消息。

避免溢出问题的一种方法是在执行左移之前先右移，然后将其移至其自己的函数。

template <typename T, unsigned int shift> 
constexpr T right_zero_bits() 
{ 
    // ~(T(0)) performs integral promotion, if needed 
    // T(~(T(0))) truncates the number to T, if needed. 
    return (T(~(T(0))) >> shift) << shift; 
} 

template<unsigned int shift> 
unsigned short zero_right(unsigned short arg) { 
    return arg & right_zero_bits<unsigned short, shift>(); 
} 

Answer 3

我不知道这是否是你想要什么，但它编译：

template<unsigned int shift> 
unsigned short zero_right(unsigned short arg) { 
    using type = unsigned short; 

    //constexpr type mask = ~(type(0)); 
    type right_zeros = ~(type(0)); 
    right_zeros <<= shift; 
    return arg & right_zeros; 
} 

int check() { 
    return zero_right<4>(16); 
} 

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UPDATE：

Seems like you simply hushed the compiler by making sure it has no idea what is going on with the types.

没有

网络连接你首先得到right_zeros，其值为FFFF（来自~0）。通常，~0是FFFFFFFFFFFFFF...，但由于您使用的是u16，因此您会收到FFFF。

然后，由4相移产生FFFF0 [计算扩展到32个比特]，但是当存回，只有最右边的16位保持，因此该值是FFF0

这是完全合法的和定义的行为和你正在利用截断。编译器是而不是“被愚弄”。实际上，无论是否截断都可以正常工作。

你可以做right_zeros到U32或U64，如果你希望，但随后你需要添加right_zeros &= 0xFFFF

If there is an undefined behavior (the very essence of my question!) you simply made it undetectable.

有没有 UB基于代码的全部，不管是什么编译器说。

其实，Tavian得到它。使用显式的转换：

constexpr type right_zeros = (type) (mask << shift); // now clean 

这是告诉编译器，除其他事项外，你要截断到16位。

如果有UB，那么编译器应该还是抱怨。

Answer 4

是的，正如你怀疑，甚至抑制编译器的诊断之后，你的代码是严格来说，因为从符号短到signed int的推广不完全可移植的，位算术符号int正在做，然后INT被转换签署回到未签名的短。你已经设法避免未定义的行为（我认为，在快速浏览后），但结果并不能保证你所期待的。 (type)~(type)0不需要对应于“所有位一个”在type类型;在转变之前已经有了。

要得到的东西完全便携的，只是确保你做你的算术至少unsigned int类型（较宽的类型，如果有必要，但绝不窄）。那么就不会有任何促进签名类型的担心。

template<unsigned int shift> 
unsigned short zero_right(unsigned short arg) { 
    using type = unsigned short; 

    constexpr auto mask = ~(type(0) + 0U); 
    constexpr auto right_zeros = mask << shift; 
    return arg & right_zeros; 
} 

int check() { 
    return zero_right<4>(16); 
}