[c++] 다른 컴파일러에서 C ++와 C 사이의 부호없는 비트 필드 정수 표현식이 일관되지 않음

Andrew Henle은 C 표준에 대한 엄격한 해석을 제안했습니다. 비트 필드의 유형은 정확히 지정된 너비의 부호있는 정수 유형입니다.

이 해석을 지원하는 테스트는 다음과 같습니다. C1x _Generic()구성을 사용하여 다른 너비의 비트 필드 유형을 결정하려고합니다. long long intclang으로 컴파일 할 때 경고를 피하기 위해 유형으로 정의해야했습니다 .

소스는 다음과 같습니다.

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

#define typeof(X)  _Generic((X),                         \
                       long double: "long double",       \
                       double: "double",                 \
                       float: "float",                   \
                       unsigned long long int: "unsigned long long int",  \
                       long long int: "long long int",   \
                       unsigned long int: "unsigned long int",  \
                       long int: "long int",             \
                       unsigned int: "unsigned int",     \
                       int: "int",                       \
                       unsigned short: "unsigned short", \
                       short: "short",                   \
                       unsigned char: "unsigned char",   \
                       signed char: "signed char",       \
                       char: "char",                     \
                       _Bool: "_Bool",                   \
                       __int128_t: "__int128_t",         \
                       __uint128_t: "__uint128_t",       \
                       default: "other")

#define stype long long int
#define utype unsigned long long int

struct s {
    stype s1 : 1;
    stype s2 : 2;
    stype s3 : 3;
    stype s4 : 4;
    stype s5 : 5;
    stype s6 : 6;
    stype s7 : 7;
    stype s8 : 8;
    stype s9 : 9;
    stype s10 : 10;
    stype s11 : 11;
    stype s12 : 12;
    stype s13 : 13;
    stype s14 : 14;
    stype s15 : 15;
    stype s16 : 16;
    stype s17 : 17;
    stype s18 : 18;
    stype s19 : 19;
    stype s20 : 20;
    stype s21 : 21;
    stype s22 : 22;
    stype s23 : 23;
    stype s24 : 24;
    stype s25 : 25;
    stype s26 : 26;
    stype s27 : 27;
    stype s28 : 28;
    stype s29 : 29;
    stype s30 : 30;
    stype s31 : 31;
    stype s32 : 32;
    stype s33 : 33;
    stype s34 : 34;
    stype s35 : 35;
    stype s36 : 36;
    stype s37 : 37;
    stype s38 : 38;
    stype s39 : 39;
    stype s40 : 40;
    stype s41 : 41;
    stype s42 : 42;
    stype s43 : 43;
    stype s44 : 44;
    stype s45 : 45;
    stype s46 : 46;
    stype s47 : 47;
    stype s48 : 48;
    stype s49 : 49;
    stype s50 : 50;
    stype s51 : 51;
    stype s52 : 52;
    stype s53 : 53;
    stype s54 : 54;
    stype s55 : 55;
    stype s56 : 56;
    stype s57 : 57;
    stype s58 : 58;
    stype s59 : 59;
    stype s60 : 60;
    stype s61 : 61;
    stype s62 : 62;
    stype s63 : 63;
    stype s64 : 64;

    utype u1 : 1;
    utype u2 : 2;
    utype u3 : 3;
    utype u4 : 4;
    utype u5 : 5;
    utype u6 : 6;
    utype u7 : 7;
    utype u8 : 8;
    utype u9 : 9;
    utype u10 : 10;
    utype u11 : 11;
    utype u12 : 12;
    utype u13 : 13;
    utype u14 : 14;
    utype u15 : 15;
    utype u16 : 16;
    utype u17 : 17;
    utype u18 : 18;
    utype u19 : 19;
    utype u20 : 20;
    utype u21 : 21;
    utype u22 : 22;
    utype u23 : 23;
    utype u24 : 24;
    utype u25 : 25;
    utype u26 : 26;
    utype u27 : 27;
    utype u28 : 28;
    utype u29 : 29;
    utype u30 : 30;
    utype u31 : 31;
    utype u32 : 32;
    utype u33 : 33;
    utype u34 : 34;
    utype u35 : 35;
    utype u36 : 36;
    utype u37 : 37;
    utype u38 : 38;
    utype u39 : 39;
    utype u40 : 40;
    utype u41 : 41;
    utype u42 : 42;
    utype u43 : 43;
    utype u44 : 44;
    utype u45 : 45;
    utype u46 : 46;
    utype u47 : 47;
    utype u48 : 48;
    utype u49 : 49;
    utype u50 : 50;
    utype u51 : 51;
    utype u52 : 52;
    utype u53 : 53;
    utype u54 : 54;
    utype u55 : 55;
    utype u56 : 56;
    utype u57 : 57;
    utype u58 : 58;
    utype u59 : 59;
    utype u60 : 60;
    utype u61 : 61;
    utype u62 : 62;
    utype u63 : 63;
    utype u64 : 64;
} x;

int main(void) {
#define X(v)  printf("typeof(" #v "): %s\n", typeof(v))
    X(x.s1);
    X(x.s2);
    X(x.s3);
    X(x.s4);
    X(x.s5);
    X(x.s6);
    X(x.s7);
    X(x.s8);
    X(x.s9);
    X(x.s10);
    X(x.s11);
    X(x.s12);
    X(x.s13);
    X(x.s14);
    X(x.s15);
    X(x.s16);
    X(x.s17);
    X(x.s18);
    X(x.s19);
    X(x.s20);
    X(x.s21);
    X(x.s22);
    X(x.s23);
    X(x.s24);
    X(x.s25);
    X(x.s26);
    X(x.s27);
    X(x.s28);
    X(x.s29);
    X(x.s30);
    X(x.s31);
    X(x.s32);
    X(x.s33);
    X(x.s34);
    X(x.s35);
    X(x.s36);
    X(x.s37);
    X(x.s38);
    X(x.s39);
    X(x.s40);
    X(x.s41);
    X(x.s42);
    X(x.s43);
    X(x.s44);
    X(x.s45);
    X(x.s46);
    X(x.s47);
    X(x.s48);
    X(x.s49);
    X(x.s50);
    X(x.s51);
    X(x.s52);
    X(x.s53);
    X(x.s54);
    X(x.s55);
    X(x.s56);
    X(x.s57);
    X(x.s58);
    X(x.s59);
    X(x.s60);
    X(x.s61);
    X(x.s62);
    X(x.s63);
    X(x.s64);

    X(x.u1);
    X(x.u2);
    X(x.u3);
    X(x.u4);
    X(x.u5);
    X(x.u6);
    X(x.u7);
    X(x.u8);
    X(x.u9);
    X(x.u10);
    X(x.u11);
    X(x.u12);
    X(x.u13);
    X(x.u14);
    X(x.u15);
    X(x.u16);
    X(x.u17);
    X(x.u18);
    X(x.u19);
    X(x.u20);
    X(x.u21);
    X(x.u22);
    X(x.u23);
    X(x.u24);
    X(x.u25);
    X(x.u26);
    X(x.u27);
    X(x.u28);
    X(x.u29);
    X(x.u30);
    X(x.u31);
    X(x.u32);
    X(x.u33);
    X(x.u34);
    X(x.u35);
    X(x.u36);
    X(x.u37);
    X(x.u38);
    X(x.u39);
    X(x.u40);
    X(x.u41);
    X(x.u42);
    X(x.u43);
    X(x.u44);
    X(x.u45);
    X(x.u46);
    X(x.u47);
    X(x.u48);
    X(x.u49);
    X(x.u50);
    X(x.u51);
    X(x.u52);
    X(x.u53);
    X(x.u54);
    X(x.u55);
    X(x.u56);
    X(x.u57);
    X(x.u58);
    X(x.u59);
    X(x.u60);
    X(x.u61);
    X(x.u62);
    X(x.u63);
    X(x.u64);

    return 0;
}

다음은 64 비트 clang으로 컴파일 된 프로그램의 출력입니다.

typeof(x.s1): long long int
typeof(x.s2): long long int
typeof(x.s3): long long int
typeof(x.s4): long long int
typeof(x.s5): long long int
typeof(x.s6): long long int
typeof(x.s7): long long int
typeof(x.s8): long long int
typeof(x.s9): long long int
typeof(x.s10): long long int
typeof(x.s11): long long int
typeof(x.s12): long long int
typeof(x.s13): long long int
typeof(x.s14): long long int
typeof(x.s15): long long int
typeof(x.s16): long long int
typeof(x.s17): long long int
typeof(x.s18): long long int
typeof(x.s19): long long int
typeof(x.s20): long long int
typeof(x.s21): long long int
typeof(x.s22): long long int
typeof(x.s23): long long int
typeof(x.s24): long long int
typeof(x.s25): long long int
typeof(x.s26): long long int
typeof(x.s27): long long int
typeof(x.s28): long long int
typeof(x.s29): long long int
typeof(x.s30): long long int
typeof(x.s31): long long int
typeof(x.s32): long long int
typeof(x.s33): long long int
typeof(x.s34): long long int
typeof(x.s35): long long int
typeof(x.s36): long long int
typeof(x.s37): long long int
typeof(x.s38): long long int
typeof(x.s39): long long int
typeof(x.s40): long long int
typeof(x.s41): long long int
typeof(x.s42): long long int
typeof(x.s43): long long int
typeof(x.s44): long long int
typeof(x.s45): long long int
typeof(x.s46): long long int
typeof(x.s47): long long int
typeof(x.s48): long long int
typeof(x.s49): long long int
typeof(x.s50): long long int
typeof(x.s51): long long int
typeof(x.s52): long long int
typeof(x.s53): long long int
typeof(x.s54): long long int
typeof(x.s55): long long int
typeof(x.s56): long long int
typeof(x.s57): long long int
typeof(x.s58): long long int
typeof(x.s59): long long int
typeof(x.s60): long long int
typeof(x.s61): long long int
typeof(x.s62): long long int
typeof(x.s63): long long int
typeof(x.s64): long long int
typeof(x.u1): unsigned long long int
typeof(x.u2): unsigned long long int
typeof(x.u3): unsigned long long int
typeof(x.u4): unsigned long long int
typeof(x.u5): unsigned long long int
typeof(x.u6): unsigned long long int
typeof(x.u7): unsigned long long int
typeof(x.u8): unsigned long long int
typeof(x.u9): unsigned long long int
typeof(x.u10): unsigned long long int
typeof(x.u11): unsigned long long int
typeof(x.u12): unsigned long long int
typeof(x.u13): unsigned long long int
typeof(x.u14): unsigned long long int
typeof(x.u15): unsigned long long int
typeof(x.u16): unsigned long long int
typeof(x.u17): unsigned long long int
typeof(x.u18): unsigned long long int
typeof(x.u19): unsigned long long int
typeof(x.u20): unsigned long long int
typeof(x.u21): unsigned long long int
typeof(x.u22): unsigned long long int
typeof(x.u23): unsigned long long int
typeof(x.u24): unsigned long long int
typeof(x.u25): unsigned long long int
typeof(x.u26): unsigned long long int
typeof(x.u27): unsigned long long int
typeof(x.u28): unsigned long long int
typeof(x.u29): unsigned long long int
typeof(x.u30): unsigned long long int
typeof(x.u31): unsigned long long int
typeof(x.u32): unsigned long long int
typeof(x.u33): unsigned long long int
typeof(x.u34): unsigned long long int
typeof(x.u35): unsigned long long int
typeof(x.u36): unsigned long long int
typeof(x.u37): unsigned long long int
typeof(x.u38): unsigned long long int
typeof(x.u39): unsigned long long int
typeof(x.u40): unsigned long long int
typeof(x.u41): unsigned long long int
typeof(x.u42): unsigned long long int
typeof(x.u43): unsigned long long int
typeof(x.u44): unsigned long long int
typeof(x.u45): unsigned long long int
typeof(x.u45): unsigned long long int
typeof(x.u46): unsigned long long int
typeof(x.u47): unsigned long long int
typeof(x.u48): unsigned long long int
typeof(x.u49): unsigned long long int
typeof(x.u50): unsigned long long int
typeof(x.u51): unsigned long long int
typeof(x.u52): unsigned long long int
typeof(x.u53): unsigned long long int
typeof(x.u54): unsigned long long int
typeof(x.u55): unsigned long long int
typeof(x.u56): unsigned long long int
typeof(x.u57): unsigned long long int
typeof(x.u58): unsigned long long int
typeof(x.u59): unsigned long long int
typeof(x.u60): unsigned long long int
typeof(x.u61): unsigned long long int
typeof(x.u62): unsigned long long int
typeof(x.u63): unsigned long long int
typeof(x.u64): unsigned long long int

모든 비트 필드에는 정의 된 너비에 특정한 유형이 아닌 정의 된 유형이있는 것 같습니다.

다음은 64 비트 gcc로 컴파일 된 프로그램의 출력입니다.

typestr(x.s1): other
typestr(x.s2): other
typestr(x.s3): other
typestr(x.s4): other
typestr(x.s5): other
typestr(x.s6): other
typestr(x.s7): other
typestr(x.s8): signed char
typestr(x.s9): other
typestr(x.s10): other
typestr(x.s11): other
typestr(x.s12): other
typestr(x.s13): other
typestr(x.s14): other
typestr(x.s15): other
typestr(x.s16): short
typestr(x.s17): other
typestr(x.s18): other
typestr(x.s19): other
typestr(x.s20): other
typestr(x.s21): other
typestr(x.s22): other
typestr(x.s23): other
typestr(x.s24): other
typestr(x.s25): other
typestr(x.s26): other
typestr(x.s27): other
typestr(x.s28): other
typestr(x.s29): other
typestr(x.s30): other
typestr(x.s31): other
typestr(x.s32): int
typestr(x.s33): other
typestr(x.s34): other
typestr(x.s35): other
typestr(x.s36): other
typestr(x.s37): other
typestr(x.s38): other
typestr(x.s39): other
typestr(x.s40): other
typestr(x.s41): other
typestr(x.s42): other
typestr(x.s43): other
typestr(x.s44): other
typestr(x.s45): other
typestr(x.s46): other
typestr(x.s47): other
typestr(x.s48): other
typestr(x.s49): other
typestr(x.s50): other
typestr(x.s51): other
typestr(x.s52): other
typestr(x.s53): other
typestr(x.s54): other
typestr(x.s55): other
typestr(x.s56): other
typestr(x.s57): other
typestr(x.s58): other
typestr(x.s59): other
typestr(x.s60): other
typestr(x.s61): other
typestr(x.s62): other
typestr(x.s63): other
typestr(x.s64): long long int
typestr(x.u1): other
typestr(x.u2): other
typestr(x.u3): other
typestr(x.u4): other
typestr(x.u5): other
typestr(x.u6): other
typestr(x.u7): other
typestr(x.u8): unsigned char
typestr(x.u9): other
typestr(x.u10): other
typestr(x.u11): other
typestr(x.u12): other
typestr(x.u13): other
typestr(x.u14): other
typestr(x.u15): other
typestr(x.u16): unsigned short
typestr(x.u17): other
typestr(x.u18): other
typestr(x.u19): other
typestr(x.u20): other
typestr(x.u21): other
typestr(x.u22): other
typestr(x.u23): other
typestr(x.u24): other
typestr(x.u25): other
typestr(x.u26): other
typestr(x.u27): other
typestr(x.u28): other
typestr(x.u29): other
typestr(x.u30): other
typestr(x.u31): other
typestr(x.u32): unsigned int
typestr(x.u33): other
typestr(x.u34): other
typestr(x.u35): other
typestr(x.u36): other
typestr(x.u37): other
typestr(x.u38): other
typestr(x.u39): other
typestr(x.u40): other
typestr(x.u41): other
typestr(x.u42): other
typestr(x.u43): other
typestr(x.u44): other
typestr(x.u45): other
typestr(x.u46): other
typestr(x.u47): other
typestr(x.u48): other
typestr(x.u49): other
typestr(x.u50): other
typestr(x.u51): other
typestr(x.u52): other
typestr(x.u53): other
typestr(x.u54): other
typestr(x.u55): other
typestr(x.u56): other
typestr(x.u57): other
typestr(x.u58): other
typestr(x.u59): other
typestr(x.u60): other
typestr(x.u61): other
typestr(x.u62): other
typestr(x.u63): other
typestr(x.u64): unsigned long long int

너비가 다른 유형과 일치합니다.

이 표현식 E1 << E2은 승격 된 왼쪽 피연산자의 유형을 가지므로 정수INT_WIDTH 승격을 int통해 승격 된 것보다 작은 폭과 홀로 남겨진 것보다 큰 폭 이 있습니다. 이 너비가보다 큰 경우 표현식의 결과는 비트 필드의 너비로 잘 려야합니다 . 보다 정확하게는 서명되지 않은 유형의 경우 잘 려야하고 서명 된 유형에 대해 정의 된 구현 일 수 있습니다.INT_WIDTHINT_WIDTH

너비가보다 큰 비트 필드 이거나 비트 필드 인 E1 + E2경우 다른 산술 연산자에 대해서도 마찬가지 입니다 . 너비가 더 작은 피연산자가 너비가 더 큰 유형으로 변환되고 결과에 유형도 있습니다. 예상치 못한 결과가 많이 발생하는 이러한 반 직관적 인 동작은 비트 필드가 허위이므로 피해야한다는 광범위한 신념의 원인 일 수 있습니다.E1E2int

많은 컴파일러가 C 표준에 대한이 해석을 따르지 않는 것 같으며, 현재 해석에서이 해석이 명확하지 않습니다. 향후 버전의 C 표준에서 비트 필드 피연산자가 포함 된 산술 연산의 의미를 명확하게하는 것이 유용합니다.

답변

#include <stdint.h>

typedef union control {
    uint64_t q;
    struct {
        uint64_t a: 1;
        uint64_t b: 1;
        uint64_t c: 1;
        uint64_t d: 1;
        uint64_t e: 1;
        uint64_t f: 1;
        uint64_t g: 4;
        uint64_t h: 1;
        uint64_t i: 1;
        uint64_t p52: 52;
    } b;
} control_t;

uint64_t test(control_t ctl) {
    return ctl.b.p52 << 12;
}

test:
        push    esi
        push    ebx
        mov     ebx, DWORD PTR [esp+16]
        mov     ecx, DWORD PTR [esp+12]
        mov     esi, ebx
        shr     ebx, 12
        shr     ecx, 12
        sal     esi, 20
        mov     edx, ebx
        pop     ebx
        or      esi, ecx
        mov     eax, esi
        shld    edx, esi, 12
        pop     esi
        sal     eax, 12
        and     edx, 1048575
        ret

test(control):
        push    esi
        push    ebx
        mov     ebx, DWORD PTR [esp+16]
        mov     ecx, DWORD PTR [esp+12]
        mov     esi, ebx
        shr     ebx, 12
        shr     ecx, 12
        sal     esi, 20
        mov     edx, ebx
        pop     ebx
        or      esi, ecx
        mov     eax, esi
        shld    edx, esi, 12
        pop     esi
        sal     eax, 12
        ret

#C code:
test:
        movabs  rax, 4503599627366400
        and     rax, rdi
        ret

# C++ code:
test(control):
        mov     rax, rdi
        and     rax, -4096
        ret