如何生成n位无符号掩码？避免n等于类型位宽时的未定义行为

要构造一个n位全1的无符号整数掩码（支持n等于该类型的位宽），可以用以下完全符合标准且无需条件判断的写法：

#include <cstddef>
#include <type_traits>

template <typename T>
constexpr T all_set_mask(unsigned int n) noexcept {
    static_assert(std::is_unsigned_v<T>, "模板参数T必须是无符号整数类型");
    // ~T{} 生成该类型全1的数值，右移 (总位宽 - n) 位得到低n位全1的掩码
    return ~T{} >> (sizeof(T) * CHAR_BIT - n);
}

原理说明 #

• ~T{}：对于无符号类型T，默认初始化的T{}是0，按位取反后得到该类型所有位均为1的数值（比如unsigned类型就是0xFFFFFFFFu），这一步完全符合C++标准。
• 右移操作：无符号整数的右移是逻辑右移（高位补0），当n等于类型位宽时，sizeof(T)*CHAR_BIT - n等于0，右移0位直接返回全1的数值；当n小于位宽时，右移后低n位保留全1，高位补0，正好得到目标掩码。
• 无未定义行为：右移的位数范围是0到sizeof(T)*CHAR_BIT -1，完全符合C++标准中对无符号整数右移的要求（右移位数必须小于类型的位宽），不存在未定义行为。

示例验证 #

• 当T=unsigned，n=5时：sizeof(unsigned)*CHAR_BIT=32，右移32-5=27位，~0u >>27结果为0b11111u，符合预期。
• 当T=unsigned，n=32时：右移0位，结果为0xFFFFFFFFu，即全32位1，符合需求。

简化写法（针对特定类型） #

如果不需要适配任意无符号类型，针对unsigned可以简化为：

constexpr unsigned all_set_mask(unsigned int n) noexcept {
    return ~0u >> (sizeof(unsigned) * CHAR_BIT - n);
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Bernard