为何GCC会在一元负号运算符下将int16_t扩展为int32_t？

以下代码中，变量i是int16_t类型（占2字节），但表达式-i的结果却占4字节，即便改成zero-i（其中zero是static constexpr int16_t zero = 0），结果依然是4字节的int类型，这背后的逻辑是什么？

示例代码：

#include <iostream>

int
main()
{
    int16_t i = 4;

    std::cout << "sizeof(i): " << sizeof(i) << std::endl;
    std::cout << "sizeof(-i): " << sizeof(-i) << std::endl;

    return 0;
}

预期输出：

sizeof(i): 2
sizeof(-i): 2

实际输出：

sizeof(i): 2
sizeof(-i): 4

这是C++**整数提升（integral promotion）**规则导致的结果：

• C++标准规定，当尺寸小于int的整数类型（比如int16_t，通常对应short）参与表达式运算时，会被自动提升为int类型——只要int能够容纳原类型的所有取值范围（在32位系统中，int是4字节，完全能覆盖int16_t的-32768到32767范围）。
• 对于-i：i先被提升为int类型，再执行取负操作，最终结果的类型是int，所以sizeof(-i)返回4。
• 对于zero-i：zero和i都会被提升为int，减法运算的两个操作数都是int，结果自然也是int，因此尺寸还是4字节。

如果需要让结果保持int16_t类型，需要显式进行类型转换，比如：

std::cout << "sizeof(static_cast<int16_t>(-i)): " << sizeof(static_cast<int16_t>(-i)) << std::endl;

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Byron Hawkins