为什么C语言会有整型提升（Integral Promotion）？

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-10-06 00:56 188阅读 0赞

C语言中的短整型（如char、short、bit-field和enum等长度小于32位的整数），在参与运算之前，首先会被提升为 int 或 long（signed 或 unsigned）类型，这就是C语言整型提升的过程。

为什么需要整型提升？

C语言是直接与机器指令关联的，C语句最终被翻译成机器指令，在CPU指令集中不一定有短整型的运算指令，比如 ARM、RV32 只有32位的运算指令；ARM64、RV64只有32位和64位的运算指令。所以短整型的运算不能直接被翻译成机器指令，只能首先提升成 int（32位）或 long（64位）类型才能被翻译成机器指令。如果最终结果需要的是短整型，那么再用 and 或 sll、slr 指令把高位清零。

C语言的int可能是16位，也可能是32位。int的位宽通常与CPU的寄存器位宽相一致。C语言最早支持的计算机是PDP-11，这是一种16位机，所以int是从16位开始的。后来逐渐发展成了32位机，int就变成32位了。现在的主流是64位机，而int可能是32位，也可能是64位，和编译器及其选项有关，因为现在的64位机是兼容32位数据操作的，也就是说有对32位数据直接进行操作的指令，例如RV64中的addw等指令。一般情况下，64位机的int也是32位的，毕竟可以节省存储空间。

（C语言要求int的位宽在short 和 long 之间，即 sizeof(short) <= sizeof(int) <= sizeof(long)，在64位系统中，如果int为64位，那么long也必为64位，short则固定为16位，那么就没有32位的整数类型了，所以int取32位才是合乎常理的。）

所以在64位系统中，如果能生成对应的32位指令，那么短整型被提升为int类型（如ADDW），如果只能生成对应的64位指令（如SLT），那么短整型（甚至包括32位的int）被提升为long类型？

短整型存储在内存中是以声明的长度存储的，一旦加载到寄存器，就被提升到寄存器长度了。编译器会特殊处理高位数据，以确保短整型表现出正确的特性，例如uint8\_t的类型不会出现大于0xff的数值（将运算结果&0xff）。

MISRA-C 特别强调整型提升这个事情，主要是因为int的长度不是唯一的，在16位机中，int是16位的，而在32位机中，int是32位的，MISRA-C 希望编写的代码在不同的处理器之间移植的时候得到一致的结果，以此来避免移植带来的缺陷，所以既要考虑32位机也要考虑16位机。

参考资料：

*  ANSI/ISO 9899-1990，6.2 Conversions
 *  MISRA-C:2004，6.10 Arithmetic type conversions
 *  [PDP-11 (Programmed Data Processor-11)][PDP-11 _Programmed Data Processor-11]

[PDP-11 _Programmed Data Processor-11]: https://whatis.techtarget.com/definition/PDP-11-Programmed-Data-Processor-11