具有不同宽度变量和铸造的数学

Question

考虑以下代码片段：

// The assigned numbers are random and not relevant
uint16_t val = 2;
uint32_t sum = 4;

sum += val; // point 1

sum /= val; // point 2

1. 在这个操作中，val是否自动转换为uint32_t？如果不是，什么更快 - 铸造它或离开 uint16_t?
2. 在这个操作中，val是否自动转换为uint32_t？如果不是，什么更快 - 铸造它或离开 uint16_t?

假设架构是 16 位。

Answer 1

在这两种情况下，val 的值都会自动转换为较大的类型 uint32_t。精确的行为取决于 int.

的实际大小

• 如果类型int有15个值位，则val转换为uint32_t，保留值，加法和除法使用uint32_t 算术，对 2³² 进行模运算，结果存储在 sum.

  中

• 如果类型 int 具有 16 到 31 个值位，val 首先提升为 int，保留其值，然后转换提升的值到 uint32_t，再次保留该值，因为它是正数，并且操作如上所述完成。

• 如果类型 int 有超过 31 个值位，sum 和 val 都会提升为 int，保留值，加法和除法使用int有符号运算，结果被转换为uint32_t，模2³²，存储到sum.

对于上面的示例值，结果在所有情况下都是相同的，但对于下面的示例，在 int 将具有 32 个值位的假设体系结构上行为未定义：

uint16_t val = 2;
uint32_t sum = 0xffffffff;

sum += val; // signed arithmetic overflow if type `int` has 33 bits

这些隐式提升和转换不是 cast 操作，您可以添加诸如 sum += (uint32_t)val; 之类的显式强制转换，但行为将完全相同并且不会产生任何影响关于性能。

如果编译器可以在编译时确定 val 的值，它可能会将表达式 sum /= val; 编译为右移或乘法以避免昂贵的除法。将无符号值除以 2 的幂是一种廉价的右移操作，如果该值有符号且可能为负，则必须调整移位。对于其他 non-zero 股息，使用乘以 2^k/val 到更大的类型。