Warum ist das Verschieben einer negativen Zahl nach links ein undefiniertes Verhalten in C, aber definiert in C?

Linksschiebeoperation und undefiniertes Verhalten im negativen Operandenkontext

In C rufen Linksschiebeoperationen undefiniertes Verhalten auf, wenn der linke Operand negativ ist . Gemäß ISO C99 ist das Verhalten nur für nicht negativ vorzeichenbehaftete Operanden wohldefiniert. Dies wird auf die mögliche Mehrdeutigkeit bei der Darstellung der frei gewordenen Bits zurückgeführt.

C-Unterschiede

Im Gegensatz zu C definiert C das Verhalten für Linksschiebeoperationen mit negativen Operanden. C -03 gibt an, dass das Ergebnis das um die angegebene Anzahl von Positionen nach links verschobene Bitmuster des linken Operanden ist, wobei die frei gewordenen Bits mit Nullen aufgefüllt werden. Wenn der linke Operand außerdem ohne Vorzeichen ist, ist das Ergebnis der mit 2 multiplizierte Operand, der mit der Anzahl der Verschiebungen potenziert und je nach Typ modulo um eine bestimmte Konstante reduziert wird.

Gründe für das undefinierte Verhalten in C

Das undefinierte Verhalten in C ergibt sich aus der Frage, wie mit den frei gewordenen Bits umgegangen werden soll. Bei Linksschiebeoperationen könnten die frei gewordenen Bits entweder mit Einsen oder Nullen aufgefüllt werden, das Verhalten sollte jedoch konsistent sein. Im Ausdruck -1 << 2, wenn die frei gewordenen Bits mit Einsen gefüllt würden, wäre das Ergebnis -4, aber wenn sie mit Nullen gefüllt würden, wäre das Ergebnis 4026531840.

Rechtsverschiebungsoperationskomplexität

Andererseits sind Rechtsverschiebungsoperationen mit negativen Operanden nur durch die Implementierung definiert, nicht undefiniert. Dies liegt daran, dass die frei gewordenen Bits durch das herausgeschobene Bit aufgefüllt werden. Bei der Zweierkomplementdarstellung wird das Vorzeichenbit herausgeschoben und es bestimmt lediglich, ob das Ergebnis positiv oder negativ ist. Die Implementierung kann flexibel entscheiden, ob die frei gewordenen Bits mit Nullen oder mit dem Vorzeichenbit gefüllt werden sollen, wodurch das Verhalten durch die Implementierung definiert wird.

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