C++ 位not运算的编译器优化

我有一个简单的函数测试，如果两个数组彼此相反。 除了一个

tmp

变量外，它们看起来是相同的。一个有效，另一个无效。如果这确实是一个优化问题（我的编译器是IAR Workbench v4.30.1），我一辈子都不明白为什么编译器会对此进行优化。这是我的密码：

// this works as expected
uint8 verifyInverseBuffer(uint8 *buf, uint8 *bufi, uint32 len)
{
  uint8 tmp;
  for (uint32 i = 0; i < len; i++)
  {
    tmp = ~bufi[i];
    if (buf[i] != tmp)
    {
      return 0;
    }
  }
  return 1;  
}

// this does NOT work as expected (I only removed the tmp!)
uint8 verifyInverseBuffer(uint8 *buf, uint8 *bufi, uint32 len)
{
  for (uint32 i = 0; i < len; i++)
  {
    if (buf[i] != (~bufi[i]))
    {
      return 0;
    }
  }
  return 1;  
}

//这工作正常
uint8验证反向缓冲（uint8*buf、uint8*bufi、uint32 len）
{
uint8 tmp；
对于（uint32 i=0；i

---

第一个版本的代码有效，第二个版本无效。有人知道为什么吗？或者通过一些测试来探索问题所在？

您看到的是整数升级规则的结果。只要在表达式中使用小于

int

的变量，该值就会提升为

int

类型

假设

bufi[i]

包含值255。其十六进制表示形式为

0xFF

。然后，该值是

~

运算符的操作数。因此，该值将首先被提升为

int

，该值（假设为32位）将具有

0x000000FF

，并且将

~

应用于该值将为您提供

0xFFFFFF00

。然后将该值与类型为

uint8\u t

的

buf[i]

进行比较。值

0xFFFFFF00

超出此范围，因此比较将始终为false

如果将

~

的结果赋回类型为

uint8\u t

的变量，则值

0xffff00

将转换为

0x00

。然后将该转换值与

buf[i]

进行比较

因此，您看到的行为不是优化的结果，而是语言规则。按原样使用临时变量是解决此问题的一种方法。您还可以将结果强制转换为

uint8

：

if(buf[i] != (uint8)(~bufi[i]))

或屏蔽除最低顺序字节外的所有字节：

if(buf[i] != (~bufi[i] & 0xff))

---

问题是整数升级。

~

操作员非常危险

在

~bufi[i]

的情况下，

~

的操作数将根据整数升迁进行升迁。使代码等效于

~（int）bufi[i]

所以在第二种情况下，

buf[i]！=（~bufi[i]）

您会得到类似于

0xXX！=0xFFFFFFYY

，其中“XX”和“YY”是您希望比较的实际值，0xFFFF是通过取

int

的位补码而放置在那里的意外垃圾。这将始终计算为

true

，因此编译器可能会优化掉部分代码，从而产生一个非常微妙的bug

如果

tmp=~bufi[i]

通过将

0xFFFFFFFFYY

截断为您感兴趣的值“YY”，可以避开此错误

---

有关详细信息，请参阅。也可以考虑使用MISRA-C来规避这样的微妙错误。

正如Lundin和D布什所指出的，第二个版本的比较总是失败，因为任何<代码> UINT8//COD>值提升到int >代码>不同于所有<代码> UINT8/COD>值。换句话说，第二个版本相当于：

//这不符合预期（我只删除了tmp！）
uint8验证反向缓冲（uint8*buf、uint8*bufi、uint32 len）{
如果（len）返回0；
返回1；
}

从上可以看到，

gcc

和

clang

都检测到了这一点，并完全优化了代码：

verifyInverseBuffer:
    test    edx, edx
    sete    al
    ret

gcc

产生一个相当隐晦的警告，指出一个可疑的有符号/无符号比较问题，这不是真正的问题。。。接近但没有香蕉

<source>: In function 'verifyInverseBuffer':
<source>:8:16: warning: comparison of promoted bitwise complement of an unsigned value with unsigned [-Wsign-compare]
    8 |     if (buf[i] != (~bufi[i]))
      |                ^~
Compiler returned: 0

：在函数“verifyInverseBuffer”中：
：8:16:警告：将无符号值的提升位补码与无符号[-Wsign compare]进行比较
8 |如果（buf[i]！=（~bufi[i]））
|                ^~
编译器返回：0

输入是什么？buf=[0xC0，0xA8，0x03，0x87]bufi=[0x3F，0x57，0xFC，0x78]如果有人对此进行了验证，则验证问题为隐式类型升级。通过在按位操作后强制转换到指定类型或存储在相同类型的temp变量中进行求解。@SupAl如果有答案回答了您的问题，您应该这样做。这个问题的标题很差：您对正在发生的事情做出了（不正确）的假设，然后询问了该假设-（X-Y问题）。你的问题应该是“为什么这不起作用？”。你最好解释一下它是如何工作的——结果和生成结果的输入（uint8）（~bufi[i]）也会这样做，而不是使用temp变量。不幸的是，编写MISRA-C的前提似乎是，该标准将采用与C89最终使用的不同的整数提升规则。例如，

expr>（u16a-u16b）

将被接受的表达式范围只有在该表达式等效于

expr>（uint16_t）（u16a-u16b）

时才真正有意义，当然它不是。通过使用单独的“包装无符号代数环”和“无符号数值”类型为类型系统增加一点复杂性，可以使用真正可移植的……16位类型编写代码（当对“16位无符号数值”进行运算时，两个16位无符号代数环值之间的差值将是同一类型的另一个值，而与

int

的大小无关。）类型的行为就好像它被提升为能够处理整个范围的有符号类型一样——同样，与

int

的大小无关