整数提升示例分析 整数提升示例分析题及答案

在 C 语言程序中，如果 int 能够代表原类型的所有值，这些值将被转换为 int；否则，值被转换为 unsigned int，称为“整数提升”（integer promotions）。本节，我们将依照 C 代码输出的汇编代码对整数提升进行分析，从而加深理解。

假设有如下示例程序（ip.c）代码：

#include <stdbool.h>

_Bool b = true;
unsigned char uc = 1;
short s = 0;

int main()
{
    s += b + uc; 
}

当我们用 gcc 生成二进制程序（ip）后，可以用工具 objdump 对二进制程序进行反汇编，生成汇编代码。

$ gcc -Wall -g ip.c -o ip
$ objdump -d ip

00000000004004d6 <main>:
  push   %rbp
  mov    %rsp,%rbp
  movzbl 0x200b4f(%rip),%eax        # 601030 <b>
  movzbl %al,%edx
  movzbl 0x200b46(%rip),%eax        # 601031 <uc>
  movzbl %al,%eax
  add    %eax,%edx
  movzwl 0x200b3b(%rip),%eax        # 601032 <s>
  add    %edx,%eax
  mov    %ax,0x200b32(%rip)        # 601032 <s>

由汇编代码可见，_Bool 变量 b 的值首先被放入了寄存器 al，然后又被放入了寄存器 edx。寄存器 edx 的长度是 32 位长，这正是 int 类型的尺寸。同理，unsigned char 变量 uc 也被放入了寄存器 al，然后又用寄存器 eax 与 edx 相加（对应于源代码 b+uc），同样是 32 位运算。接下来，short 类型的变量 s 也会被整数提升，也就是说，它的值会放入寄存器 eax，然后用 eax 与前面的结果寄存器 edx 相加。最后，将结果寄存器 ax 写回到 short 变量 s。

需要注意的是，汇编代码的最后一行：

mov %ax,0x200b32(%rip) # 601032 <s>

该指令会让整数提升保留原来的值，包括符号位。

举例来说，如果 s 的初始值是 short 的最大值 32767：

short s = 32767;

那么与 b 和 uc 相加之后必定溢出，使得结果为负值。

为了验证结果，我们可以使用 gdb 来查看寄存器 eax 的值。

首先，用 gdb 加载可执行程序 ip：

$ gdb ./ip

在 gdb 提示符下输入命令 layout asm 调出汇编窗口：

(gdb) layout asm

再输入命令 layout regs 调出寄存器窗口：

(gdb) layout regs

在运行 ip 之前，在 main 函数开始处设置断点：

(gdb) b *main
Breakpoint 1 at 0x4004d6: file ip.c, line 18.

运行程序后，连续执行指令 nexti，直至运行过汇编指令 mov %ax,0x200b32(%rip) 之后，我们用数据检查指令可以查看寄存器 eax 中的内容。

(gdb) r
Starting program: ip
Breakpoint 1, main () at ip.c:18
(gdb) nexti
(gdb)
(gdb) p $eax
$3 = 32769
(gdb) p $ax
$4 = -32767

由以上输出可知，当 s 被当做 32 位整数放入寄存器 eax 时，它的值是 32769；但 s 被当做 16 位整数放入寄存器 ax 中时，代表符号位的最高有效位（D15）的值是 1，因此它的值是 -32767，如下图所示。

当示例程序最后把结果写回变量 s 时，执行汇编指令 mov %ax,0x200b32(%rip) 拷贝值，由于该指令的操作数是 16 位长，最高有效位被视作符号位，因此拷贝值的时候同时保留了符号位。

综上所述，整数提升之后，不仅保留值，同时也会保留符号位。

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