Определяет ли С++ 14 поведение побитовых операторов для битов заполнения беззнакового целого числа?

Во-первых, в самом стандарте С++ почти ничего не говорится о битах заполнения. По сути, все обсуждение битов заполнения исходит из базового документа (т. е. стандарта C).

Таким образом, реальный вопрос заключается в том, что стандарт C говорит о вещах. Его сноска 54 дает довольно краткий обзор битов заполнения в целом:

Некоторые комбинации битов заполнения могут генерировать представления ловушки, например, если один бит заполнения является битом четности. Несмотря на это, никакая арифметическая операция над допустимыми значениями не может генерировать представление прерывания, кроме как как часть исключительного условия, такого как переполнение. Все другие комбинации битов заполнения являются альтернативными объектными представлениями значения, заданного битами значения.

Операторы могут сильно изменить отступ. Очевидным случаем может быть бит заполнения, представляющий четность. Если вы измените четность значения, бит четности изменится, чтобы соответствовать.

Часть «альтернативные объектные представления значения» в основном означает, что пока вы остаетесь «в границах», биты заполнения не влияют на ваши результаты. Например, если вы сравниваете два значения, для определения результатов используются только биты представления (6.2.6.1/4):

Два значения (кроме NaN) с одним и тем же представлением объекта сравниваются как равные, но значения, которые сравниваются как равные, могут иметь разные представления объекта.

Время и места, в которых вы должны быть осторожны, в основном связаны с неопределенным или определенным реализацией поведением. Например, если вы сохраняете значение в одно значение в объединении, а затем извлекаете другое значение в объединении, возможно, второе значение может иметь биты заполнения, установленные в представление ловушки, поэтому даже просмотр значения таким образом может привести к сбою вашего программа (или что там еще).

Аналогичным образом, если бы вы взяли два значения, memcpy каждое, в буфер беззнакового символа, некоторые биты этих байтов могли бы сравниваться как неравные, даже если значения, которые они представляли, сравнивались бы равными.

Одно место, где это может вас укусить, даже если вы никогда не используете mempy напрямую, — это некоторые операторы сравнения и обмена. Они используют memcpy и memcmp для базовых операций, поэтому они также подлежат сравнению не равными, даже если представляемые значения равны:

[atomics.types.operations]/23:

Семантика memcpy и memcmp операций сравнения и обмена может привести к неудачному сравнению значений, сравниваемых с оператором ==, если базовый тип имеет биты заполнения, биты прерывания или альтернативные представления одного и того же значения. Таким образом, compare_exchange_strong следует использовать с особой осторожностью. С другой стороны, compare_exchange_weak должен быстро сходиться.

Примечание: две большие кавычки являются описательными, а не нормативными — с нормативной точки зрения биты заполнения почти не имеют значения; почти все, что может раскрыть биты заполнения или их значения, связано с поведением, определенным или неопределенным реализацией. Единственная нормативная цитата здесь та, которая в основном говорит: «Биты заполнения не действуют».

Если реализация определяет формат хранения для целочисленных типов, который включает биты заполнения, она может записывать в такие биты все, что угодно, когда записывается объект, и может налагать любые требования, которые она считает подходящими для значений, которые должны храниться в таких битах, ведя себя произвольным образом. если это требование не выполняется, с учетом двух ограничений:

1. Если какая-либо запись в объект такого типа привела к определенному битовому шаблону, этот битовый шаблон должен быть приемлемым и должен давать то же значение при чтении из любого объекта этого типа.

2. Если все биты объекта целочисленного типа равны нулю, объект следует считать допустимым и должен считывать ноль.

Если реализация игнорирует биты заполнения при чтении, побитовые операторы могут влиять на них или нет любым способом, который реализация сочтет нужным. Если бы реализация перехватывала, когда общее количество битов «1» в многобайтовом целом числе является нечетным, но всегда записывала значение бита заполнения, которое делало бы общую четность четной, потребовались бы побитовые операторы для вычисления бита четности на основе на биты данных и запишите их соответствующим образом.