c++ - 是 (int)(unsigned)-1 == -1 未定义的行为

Question

我正在尝试理解语句的含义:

(int)(unsigned)-1 == -1;

据我目前的理解，会发生以下事情:

1. -1 是一个 signed int 并被强制转换为 unsigned int。这样做的结果是，由于环绕行为，我们得到了 unsigned 类型可以表示的最大值。

2. 接下来，我们在步骤 1 中得到的这个 unsigned 类型最大值现在被转换为 signed int。但请注意，这个最大值是一个无符号类型。所以这是签名类型的超出范围。而且由于有符号整数溢出是未定义的行为，程序会导致未定义的行为。

我的问题是:

1. 我上面的解释正确吗？如果不是，那么实际发生了什么。
2. 这是我怀疑的未定义行为还是实现定义的行为。

PS:我知道如果它是未定义的行为(与定义的实现相反)，那么我们不能依赖程序的输出。所以我们不能说我们是否总是会得到 true 或 false。

Answer 1

转换为 unsigned int绕一圈，这部分是合法的。

超出范围强制转换为 int从 C++20 开始是合法的，并且之前是实现定义的(但无论如何在实践中都能正常工作)。这里没有UB。

这两个转换相互抵消(同样，在 C++20 中得到保证，之前由实现定义，但在实践中仍然有效)。

有符号溢出通常是 UB，是的，但这仅适用于由计算引起的溢出。转换造成的溢出是不同的。

cppreference

If the destination type is signed, the value does not change if the source integer can be represented in the destination type. Otherwise the result is:

(until C++20) implementation-defined

(since C++20) the unique value of the destination type equal to the source value modulo 2<sup>n</sup> where n is the number of bits used to represent the destination type.

(Note that this is different from signed integer arithmetic overflow, which is undefined).

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关于转换如何工作的更多细节。

假设 int和 unsigned int占用N位。

int 都可以表示的值和 unsigned int转换不会改变。所有其他值增加或减少 2^N 以适应范围。

这不会改变值的二进制表示。

例如int -1对应于 unsigned int 2<sup>N</sup>-1 (最大 unsigned int 值)，两者都表示为 11...11在二进制。同样，int -2<sup>N-1</sup> (最小 int 值)对应于 unsigned int 2<sup>N-1</sup> (最大 int 值 + 1)。

int:   [-2^(n-1)] ... [-1] [0] [1] ... [2^(n-1)-1]
            |           |   |   |           |
            |           '---|---|-----------|-----------------------.
            |               |   |           |                       |
            '---------------|---|-----------|----------.            |
                            |   |           |          |            |
                            V   V           V          V            V
unsigned int:              [0] [1] ... [2^(n-1)-1] [2^(n-1)] ... [2^n-1]