C 右移位运算符的异常行为

我正在用C编写一个简单的代码（仅使用逐位运算符），它将指针指向无符号整数

x

，并在整数的二进制表示法中翻转第n个位置

n

。函数声明如下：

int flip_bit (unsigned * x, unsigned n);

假设

n

介于0和31之间

在其中一个步骤中，我执行了右移操作，但结果与我预期的不同。例如，如果我做了

0x8000000>>30

，我得到的结果是

0xfffffffe

，即

1000 0000。。。0000和1111111。。。1110分别以二进制表示。（预期结果为
0000 0000…0010
）

我不确定我是如何或在哪里犯错误的。任何帮助都将不胜感激。谢谢

编辑1：下面是代码

#include <stdio.h>
#define INTSIZE 31

void flip_bit(unsigned * x,
          unsigned n) {

int a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, m, p, q;
// save bits on the left of n and insert a zero at the end
a = * x >> n + 1;
b = a << 1;

// save bits on the right of n
c = * x << INTSIZE - (n - 1);
d = c >> INTSIZE - (n - 1);

// shift the bits to the left (back in their positions) 
// combine all bits
e = d << n;
f = b | e;

// Isolating the nth bit in its position
g = * x >> n;
h = g << INTSIZE;
// THIS LINE BELOW IS THE ONE CAUSING TROUBLE.
i = h >> INTSIZE - n;

// flipping all bits and removing the 1s surrounding 
// the nth bit (0 or 1)
j = ~i;
k = j >> n;
l = k << INTSIZE;
p = l >> INTSIZE - n;

// combining the value missing nth bit and 
// the one with the flipped one
q = f | p;
* x = q;
}

#包括
#定义INTSIZE 31
无效翻转位（无符号*x，
无符号（n）{
int a，b，c，d，e，f，g，h，i，j，k，l，m，p，q；
//在n的左边保存位，并在末尾插入一个零
a=*x>>n+1；
b=a INTSIZE-（n-1）；
//将位向左移动（回到其位置）
//合并所有位
e=d>n；
h=g>INTSIZE-n；
//翻转所有位并移除周围的1
//第n位（0或1）
j=~i；
k=j>>n；
l=k>INTSIZE-n；
//将缺少第n位的值与
//有翻转的那个
q=f | p；
*x=q；
}

当我运行
flip\u位（0x0000004e，0）
时，我得到了异常行为。有关右移操作的行上方有大写注释

也许有一种更短的方法可以做到这一点（不使用一千个变量），但这就是我现在所拥有的

编辑2：问题是我将变量声明为
int
（而不是
unsigned
）。然而，这是一个可怕的解决问题的方法@旧计时器建议返回
*x^（1u
或者这个呢

#include <stdio.h>
int main ( void )
{
    unsigned int x;
    x=0x12345678;
    x^=1<<30;
    printf("0x%08X\n",x);
}

我会这样做的

*x^=1<<n;

*x^=1这里的问题是您在签名的
int
上执行右移

根据本手册第6.5.7节：

5 E1>>E2的结果是E1右移位的E2位位置。如果E1具有无符号类型，或者如果E1具有有符号类型和非负
值，结果的值是
E1/2E2.如果E1具有有符号类型和负值，则
结果值由实现定义。

粗体部分是您的情况。您的每个中间变量的类型都是
int
。假设您的系统对负数使用2的补码表示，任何具有高位集的
int
值都被解释为负值

在本例中，您将看到的最常见的实现定义行为（事实上，这两者都是这样做的）是，如果在有符号的值上设置高位，那么在右移时1将被移入。这将保留值的符号，并使所有有符号和无符号的值的x>>n等于x/2n

您可以通过将所有中间变量更改为
无符号
，来解决此问题。这样，它们与
*x
的类型匹配，并且不会将1推到左侧

至于翻转位的方法，有一种简单得多的方法。您可以使用
^
运算符，这是按位异或运算符

根据C标准第6.5.11节：

4
^
运算符的结果是
操作数（即，当且仅当
转换后的操作数中正好有一个对应位为
设置）

例如：

  0010      1000
^ 1100    ^ 1101
------    ------
  1110      0101

请注意，您可以使用它创建位掩码，然后使用该位掩码翻转另一个操作数中的位

因此，如果要翻转位
n
，则取值1，左移
n
，将该位移动到所需位置，然后将该值与目标值异或以翻转该位：

void flip_bit(unsigned * x, unsigned n) {
    return *x = *x ^ (1u << n);
}

还请注意整数常量上的
u
后缀。这会导致常量的类型为
无符号
，这有助于避免您遇到的实现定义行为。
如果您稍微翻转一下，为什么不将1的xor与1相加，或将1与1相加，则任何与0相加的对象都是它自己。将1与1相加的对象都是它自己如果与0并用的任何东西都是零，与0并用的任何东西本身就是与1并用的任何东西都是颠倒的。与C无关。使用
无符号的int a，b，C，d，e，…
*x^（1u@old_timer:“我认为右移的符号扩展是实现定义的”-仅适用于有符号整数。大多数变量恰好是哪一个。仍然不确定在C中移动有符号数字是否被保险为符号扩展或“实现定义”。当然，此版本的gcc符号扩展了，这是您在混合有符号和无符号时遇到的问题。它是实现定义的。根据我的经验，gcc和MSVC对有符号类型进行算术右移。
1u
*x^=1<<n;

  0010      1000
^ 1100    ^ 1101
------    ------
  1110      0101

void flip_bit(unsigned * x, unsigned n) {
    return *x = *x ^ (1u << n);
}

return *x ^= (1u << n);