如何确定变量的大小限制？
How to determine size limits of variable?
我正在努力确定每个变量的边缘大小。看不懂下面的问题
例如，要获取 char 的最大值，我使用：~ 0 >> 1
哪个应该像这样工作：
- transfer 0 to binary: 0000 0000 (我假设char存储在8
位）
- 否定它：1111 1111（现在我超出了 char max 大小）
- 向右移动一位：0111 1111（我得到127似乎是正确的）
现在我想用 printf 函数显示这个结果。
为什么我必须像这样使用 cast：
printf("%d\n", (unsigned char)(~0) >> 1)?
我只是不明白。当我超出字符范围时，我认为它与第 2 点有关，但我不确定。
如果你能给我更复杂的解释来解决这个问题，我将不胜感激。
请不要使用这些技巧。它们可能在普通机器上工作，但它们可能不可移植且难以理解。相反，使用头文件 limits.h 中的符号常量，其中包含每个基本类型的大小限制。例如，CHAR_MAX 是 char 的上限，CHAR_MIN 是下限。 stddef.h 和 stdint.h 中声明的数字类型的更多限制可以在 stdint.h.
中找到
现在回答您的问题：默认情况下，对 int 类型的值进行算术运算，除非您使涉及的操作数具有不同的类型。发生这种情况的原因有很多，例如涉及的变量之一具有不同的类型，或者您使用了不同类型的迭代（例如 1.0 或 1L 或 1U）。更重要的是，算术表达式的类型由内向外提升。因此，在声明中
char c = 1 + 2 + 3;
表达式 1 + 2 + 3 被评估为类型 int 并且仅在分配之前立即转换为 char 。更重要的是，在C语言中，不能对小于int的类型进行算术运算。例如，在表达式 c + 1 中，其中 c 是 char 类型，编译器插入一个 隐式转换 从 char 到 int 加一到 c 之前。因此，像
这样的语句
c = c + 1;
在 C:
中实际上是这样的
c = (char)((int)c + 1);
因此，~0 >> 1 实际上在通常的 32 位体系结构上计算为 0xffffffff (-1)，因为类型 int 通常具有 32 位并且有符号类型的右移通常会移位符号位，因此最高有效位变为 1。转换为 unsigned char 导致 截断 ，结果为 0xff (255)。除了第一个 printf 之外的所有参数都是 可变参数列表 的一部分，这有点复杂但基本上意味着所有类型 更小 比 int 转换为 int，float 转换为 double，所有其他类型保持不变。
现在，我们怎样才能做到这一点？在一台有二进制补码且没有填充位的普通机器上，可以使用像这样的表达式来计算最大和最小的 char，假设 sizeof (char) < sizeof (int):
(1 << CHAR_BIT - 1) - 1; /* largest char */
-(1 << CHAR_BIT - 1); /* smallest char */
对于其他类型，这会稍微困难一些，因为我们需要避免溢出。这是一个适用于普通机器上所有带符号整数类型的表达式，其中 type 是您想要限制的类型：
(type)(((uintmax_t)1 << sizeof (type) * CHAR_BIT - 1) - 1) /* largest */
(type)-((uintmax_t)1 << sizeof (type) * CHAR_BIT - 1) /* smallest */
对于无符号类型 type，您可以使用它来获得最大值：
~(type)0
请注意，所有这些技巧都不应出现在可移植代码中。
这只适用于无符号整数。对于有符号整数，右移负数和按位反转的行为是实现定义的。它不仅取决于负值的表示，还取决于编译器用来执行右移的 CPU 指令（例如，某些 CPU 没有算术（右）移位。
因此，除非您对您的实施做出额外的限制，否则无法确定有符号整数的限制。这意味着没有完全可移植的方式（对于有符号整数）。
请注意，char 是有符号的还是无符号的也是实现定义的，并且 (unsigned char)(~0) >> 1 受 整数提升 的约束，因此它不会产生字符结果，而是 int。 （这使得格式说明符正确 - 尽管可能是无意的）。
使用 limits.h 获取实现的整数限制的宏。此文件必须由任何符合标准的 C 编译器提供。
您的行为的确切效果与您假设的不同。
0 不是 0000 0000。 0 的类型为 int，这意味着它很可能是 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000，具体取决于您的平台上有多少位 int。 （我假设是 32 位 int。）
现在，~0 应该是 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111，它的类型仍然是 int，并且是一个负值。
向右移动时，结果由实现定义。在 C 中右移负符号整数值并不能保证您将在符号位中获得 0。恰恰相反，大多数平台在右移时实际上会复制符号位。这意味着 ~0 >> 1 仍然会给你 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111.
请注意，即使您在右移负值时将 0 移入符号位的平台上执行此操作，您仍将获得 0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111，这是在一般情况下不是您尝试获得的 char 的最大值。
如果你想确保右移操作从左边移入 0 位，你必须 1) 移动一个 unsigned 位-pattern 或 2) 移位 有符号但为正的 位模式。对于负位模式，您可能会 运行 进入符号扩展行为，这意味着对于负值 1 位将从左侧移入而不是 0 位。
由于 C 语言没有可以在 [unsigned/signed] char 类型的域中工作的移位（操作数在移位之前被提升为 int），您可以做的是确保您正在移动一个正的 int 值，并确保您的初始位掩码中包含正确数量的 1。这正是您使用 (unsigned char) ~0 作为初始掩码所实现的。 (unsigned char) ~0 将作为类型 int 等于 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111 的值参与移位（假设 8 位 char）。转变后你将获得0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111，这正是你想要获得的
我正在努力确定每个变量的边缘大小。看不懂下面的问题
例如，要获取 char 的最大值，我使用：~ 0 >> 1
哪个应该像这样工作：
- transfer 0 to binary: 0000 0000 (我假设char存储在8 位）
- 否定它：1111 1111（现在我超出了 char max 大小）
- 向右移动一位：0111 1111（我得到127似乎是正确的）
现在我想用 printf 函数显示这个结果。
为什么我必须像这样使用 cast：
printf("%d\n", (unsigned char)(~0) >> 1)?
我只是不明白。当我超出字符范围时，我认为它与第 2 点有关，但我不确定。
如果你能给我更复杂的解释来解决这个问题，我将不胜感激。
请不要使用这些技巧。它们可能在普通机器上工作，但它们可能不可移植且难以理解。相反，使用头文件 limits.h 中的符号常量，其中包含每个基本类型的大小限制。例如，CHAR_MAX 是 char 的上限，CHAR_MIN 是下限。 stddef.h 和 stdint.h 中声明的数字类型的更多限制可以在 stdint.h.
现在回答您的问题：默认情况下，对 int 类型的值进行算术运算，除非您使涉及的操作数具有不同的类型。发生这种情况的原因有很多，例如涉及的变量之一具有不同的类型，或者您使用了不同类型的迭代（例如 1.0 或 1L 或 1U）。更重要的是，算术表达式的类型由内向外提升。因此，在声明中
char c = 1 + 2 + 3;
表达式 1 + 2 + 3 被评估为类型 int 并且仅在分配之前立即转换为 char 。更重要的是，在C语言中，不能对小于int的类型进行算术运算。例如，在表达式 c + 1 中，其中 c 是 char 类型，编译器插入一个 隐式转换 从 char 到 int 加一到 c 之前。因此，像
c = c + 1;
在 C:
中实际上是这样的c = (char)((int)c + 1);
因此，~0 >> 1 实际上在通常的 32 位体系结构上计算为 0xffffffff (-1)，因为类型 int 通常具有 32 位并且有符号类型的右移通常会移位符号位，因此最高有效位变为 1。转换为 unsigned char 导致 截断 ，结果为 0xff (255)。除了第一个 printf 之外的所有参数都是 可变参数列表 的一部分，这有点复杂但基本上意味着所有类型 更小 比 int 转换为 int，float 转换为 double，所有其他类型保持不变。
现在，我们怎样才能做到这一点？在一台有二进制补码且没有填充位的普通机器上，可以使用像这样的表达式来计算最大和最小的 char，假设 sizeof (char) < sizeof (int):
(1 << CHAR_BIT - 1) - 1; /* largest char */
-(1 << CHAR_BIT - 1); /* smallest char */
对于其他类型，这会稍微困难一些，因为我们需要避免溢出。这是一个适用于普通机器上所有带符号整数类型的表达式，其中 type 是您想要限制的类型：
(type)(((uintmax_t)1 << sizeof (type) * CHAR_BIT - 1) - 1) /* largest */
(type)-((uintmax_t)1 << sizeof (type) * CHAR_BIT - 1) /* smallest */
对于无符号类型 type，您可以使用它来获得最大值：
~(type)0
请注意，所有这些技巧都不应出现在可移植代码中。
这只适用于无符号整数。对于有符号整数，右移负数和按位反转的行为是实现定义的。它不仅取决于负值的表示，还取决于编译器用来执行右移的 CPU 指令（例如，某些 CPU 没有算术（右）移位。
因此，除非您对您的实施做出额外的限制，否则无法确定有符号整数的限制。这意味着没有完全可移植的方式（对于有符号整数）。
请注意，char 是有符号的还是无符号的也是实现定义的，并且 (unsigned char)(~0) >> 1 受 整数提升 的约束，因此它不会产生字符结果，而是 int。 （这使得格式说明符正确 - 尽管可能是无意的）。
使用 limits.h 获取实现的整数限制的宏。此文件必须由任何符合标准的 C 编译器提供。
您的行为的确切效果与您假设的不同。
0 不是 0000 0000。 0 的类型为 int，这意味着它很可能是 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000，具体取决于您的平台上有多少位 int。 （我假设是 32 位 int。）
现在，~0 应该是 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111，它的类型仍然是 int，并且是一个负值。
向右移动时，结果由实现定义。在 C 中右移负符号整数值并不能保证您将在符号位中获得 0。恰恰相反，大多数平台在右移时实际上会复制符号位。这意味着 ~0 >> 1 仍然会给你 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111.
请注意，即使您在右移负值时将 0 移入符号位的平台上执行此操作，您仍将获得 0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111，这是在一般情况下不是您尝试获得的 char 的最大值。
如果你想确保右移操作从左边移入 0 位，你必须 1) 移动一个 unsigned 位-pattern 或 2) 移位 有符号但为正的 位模式。对于负位模式，您可能会 运行 进入符号扩展行为，这意味着对于负值 1 位将从左侧移入而不是 0 位。
由于 C 语言没有可以在 [unsigned/signed] char 类型的域中工作的移位（操作数在移位之前被提升为 int），您可以做的是确保您正在移动一个正的 int 值，并确保您的初始位掩码中包含正确数量的 1。这正是您使用 (unsigned char) ~0 作为初始掩码所实现的。 (unsigned char) ~0 将作为类型 int 等于 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111 的值参与移位（假设 8 位 char）。转变后你将获得0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111，这正是你想要获得的