为何C语言中左移24位会改变unsigned long的取值？

问题现象 #

原本预期0b11010010 << 24与0b11010010000000000000000000000000取值相同，但将结果存入unsigned long变量后，变量比较结果为0；直接使用字面量比较时结果为1。给字面量添加UL后缀后，问题得到解决。测试环境为Apple clang 14.0.0，目标架构x86_64。

原测试代码 #

#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

int main(){
    unsigned long a = 0b11010010000000000000000000000000; 
    unsigned long b = 0b11010010 << 24;
    bool isTheSame1 = a == b;
    printf("isTheSame1 %d \n",isTheSame1);

    bool isTheSame2 = 0b11010010000000000000000000000000 == (0b11010010 << 24);
    printf("isTheSame2 %d",isTheSame2);
}

原输出结果 #

isTheSame1 0 
isTheSame2 1

原因分析 #

问题核心在于C语言字面量的默认类型和有符号整数溢出的行为：

• 字面量默认类型：二进制字面量0b11010010和0b11010010000000000000000000000000默认被编译器解析为signed int类型（x86_64平台下int为32位）。
• 移位操作的溢出问题：
  1. 0b11010010作为32位有符号int，值为210，左移24位后得到0xD2000000，该值超过了32位有符号int的最大值（2^31-1=2147483647），触发有符号整数溢出，结果变为负数（十进制-771754880）。
  2. 将这个负数赋值给64位unsigned long时，会按照无符号整数规则转换为一个极大的64位值（18446744072937796736）。
• 直接赋值的类型转换：0b11010010000000000000000000000000作为32位有符号int是负数，但赋值给unsigned long时，会被解释为无符号的32位值0xD2000000，扩展为64位后是3523215360，与移位转换后的结果完全不同。
• 字面量直接比较的特殊性：直接比较时，两个操作数都是32位有符号int，值均为0xD2000000（作为负数相等），所以比较结果为1。

解决方案 #

给所有参与移位运算和赋值的二进制字面量添加UL后缀，明确指定其为unsigned long类型，避免有符号整数溢出和类型转换带来的不一致问题。

更新后的测试代码 #

#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

int main(){
    unsigned long a = 0b11010010000000000000000000000000UL; 
    unsigned long b = 0b11010010UL << 24;
    bool isTheSame1 = a == b;
    printf("isTheSame1 %d \n",isTheSame1);

    bool isTheSame2 = 0b11010010000000000000000000000000UL == (0b11010010UL << 24);
    printf("isTheSame2 %d",isTheSame2);
}

更新后的输出结果 #

isTheSame1 1 
isTheSame2 1

内容的提问来源于stack exchange，提问作者JasonHsieh