C语言用移位操作求各整型最大值时printf打印溢出问题求助

问题根因 #

你的代码存在三处核心错误，导致溢出问题：

1. 运算符优先级错误：你对移位结果做强制类型转换，而C语言中强制类型转换优先级高于移位运算，移位操作执行时左操作数1仍为默认的int类型，溢出发生在转换之前，转换的是已经出错的结果。
2. 有符号数移位未定义：C标准明确规定，有符号整数左移时如果进位到符号位属于未定义行为，结果不受标准保障。
3. 有符号最大值计算逻辑错误：有符号整型最高位为符号位，最大值为2^(位宽-1) - 1，而非无符号类型的2^位宽 -1，你原始的移位位数计算适配的是无符号类型，不适用有符号整型。

问题1：如何正确打印计算结果 #

正确实现需要先将左操作数转换为对应目标类型的无符号版本，再执行移位计算，示例代码如下：

#include <stdio.h>
int main() {
    printf("Greatest short: %d \n", (short)(((unsigned short)1 << (sizeof(short) * 8 - 1)) - 1));
    printf("Greatest int: %i \n", (int)(((unsigned int)1 << (sizeof(int) * 8 - 1)) - 1));
    printf("Greatest long int: %li \n",  (long int)(((unsigned long int)1 << (sizeof(long int) * 8 - 1)) - 1));
    printf("Greatest long long int: %lli \n",  (long long int)(((unsigned long long int)1 << (sizeof(long long int) * 8 - 1)) - 1));
    return 0;
}

如果不需要自行实现计算逻辑，也可以直接使用标准库<limits.h>中已经定义好的宏，兼容性更高：

#include <stdio.h>
#include <limits.h>
int main() {
    printf("Greatest short: %d \n", SHRT_MAX);
    printf("Greatest int: %i \n", INT_MAX);
    printf("Greatest long int: %li \n", LONG_MAX);
    printf("Greatest long long int: %lli \n", LLONG_MAX);
    return 0;
}

问题2：为什么较小类型强制转换为更大类型时数值会变化 #

你遇到的数值变化和强制转换本身无关，是因为你转换的对象是移位溢出后得到的错误值，而非正确的小类型值。
C标准明确规定，合法的小范围有符号整型转换为大范围有符号整型时，会自动做符号扩展，转换前后数值完全一致。你执行的强制转换操作本身没有问题，错误发生在转换之前的移位步骤。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user305883