我正在帮助一个学生完成作业，遇到了一个非常棘手的“错误”，我无法解释，并且想知道我是否可以得到帮助以了解到底发生了什么。
问题是要实施以下内容：
给定一个长度为 N 的字节数组 (
buf)，计算以下公式给出的 16 位校验和：checksum = ~(buf[0]) + ~(buf[1]) + ... + ~(buf[N-2]) + ~(buf[N-1])
学生做的实现非常简单：
uint16_t calculate_checksum(uint8_t *msg_buf, size_t msg_length)
{
uint16_t checksum = 0;
for (size_t i = 0; i < msg_length; i++)
{
checksum += ~(msg_buf[i]);
}
return checksum;
}
然而令我惊讶的是，这次实施并没有取得预期的结果。
我尝试checksum通过在循环中打印变量的值来查看变量，结果产生了意想不到的模式：
65471
65459
65449
65287
65276
65253
65166
65113
65094
...
校验和从 开始0，但在第一次加法之后，该值位于 的上限某处，uint16_t并且向下移动。我怀疑该值下溢是因为在对其进行补码之前msg_buf[i]被隐式转换为uint16_t。但我不明白为什么。我期望首先msg_buf使用 进行索引i，然后计算字节补码（这将产生 0-255 内的值），然后才将其（隐式）提升为uint16_t。
我尝试查看语句的汇编输出checksum += ~(msg_buf[i])，它似乎支持该理论（使用 ARM gcc 14.1.0）。请注意，[r7, #4]是msg_buf指针，[r7, #8]是i和[r7, #14]是。汇编对减法做了一些奇怪的事情，如果在补码之前将字节转换为 a，checksum则会产生相同的结果。msg_buf[i]uint16_t
ldr r2, [r7, #4]
ldr r3, [r7, #8]
add r3, r3, r2
ldrb r3, [r3] @ zero_extendqisi2
mov r2, r3
ldrh r3, [r7, #14] @ movhi
subs r3, r3, r2
uxth r3, r3
subs r3, r3, #1
strh r3, [r7, #14] @ movhi
知道了这一点，我们想出的解决方案就很简单了。我们选择只使用AND右侧的结果来0xFF去除高位，这样就得到了正确的校验和。
所以，问题基本上已经解决了，但我仍然不明白为什么会出现这个问题。也许这种行为是预料之中的，但我不知道正确的操作顺序，或者发生了其他事情。我真的不知道。
有人能解释一下为什么会发生这种情况吗？
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最佳答案
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…我期望首先
msg_buf用 进行索引i，然后计算字节uint16_t补数（这将产生一个 0-255 之间的值），只有这样它才会（隐式地）提升为。
C 2018 6.5.3.3 4 对于运算符指定~“对操作数执行整数提升…”对 a 的整数提升uint8_t将其提升为int。
因此，~(msg_buf[i])对 进行按位补码运算int。这会将高位设置为 1。要计算 8 位补码，可以使用(uint8_t) ~msg_buf[i]或~msg_buf[i] & 0xFF。
对于一般情况，代码checksum += (uint8_t) ~msg_buf[i];就足够了。C 标准允许的理论情况主要是算术溢出或转换为uint8_t可能产生与期望值不同的值，但它们不会发生在普通的 C 实现中。
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这里发生的事情是整数提升的结果。
int在大多数情况下，当表达式中使用小于的类型时，它将被提升为类型。这在int的第 6.3.1.1p2 节中有详细说明：
下列内容可以在表达式中任何可以使用
int或的
地方使用：unsigned int
- 具有整数类型（除
int或 之外unsigned int）的对象或表达式，其整数转换等级小于或等于int和的等级unsigned int。_Bool类型为、int、signed int或 的位域unsigned int。如果
int可以表示原始类型的所有值（对于位字段，受宽度限制），则该值将转换为int; otherwise, it is converted to an无符号整数。这些称为整数提升。58 )所有其他类型均不受整数提升的影响
并且有关一元算术运算符的第 6.5.3.3p4 节对运算符作出了如下规定~：
运算符的结果
~是其（提升的）操作数的按位补码（即，当且仅当转换后的操作数中的相应位未设置时，结果中的每一位才会设置）。对操作数执行整数提升，结果具有提升的类型。如果提升的类型是无符号类型，则表达式 ~E 相当于该类型中可表示的最大值减去 E。
因此，对于这句话：
checksum += ~(msg_buf[i]);
在应用运算符之前，的值msg_buf[i]会提升为类型。假设 是 32 位的，则该值的高 3 个字节将全部为零。因此，当应用运算符时，这 3 个字节的所有位都将设置为 1。然后，当将该值添加到类型时，将保留低 16 位，其中高 8 位全部设置为 1。int~intintchecksumuint16_t
例如，如果的值为msg_buf[i]0x33，则首先将其提升为值 0x00000033。然后应用运算符int后，~结果将为 0xffffff77。此值将作为 添加到 的当前值，然后将结果截断为然后再赋值。checksumintuint16_t
应用运算符后~，需要先使用以下任一方法将结果还原回 8 位值：
checksum += (uint8_t)(~msg_buf[i]);
或者位掩码：
checksum += ~msg_buf[i] & 0xff;
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作为其他答案的补充，可以提到的替代解决方案如下：
checksum += msg_buf[i] ^ 0xFF;
原因是与 0xFF 进行异或只会翻转低 8 位，无论是否msg_buf[i]被提升。
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1适合打高尔夫球，但却掩盖了正常发展的否定意图。
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~(buf[0])提升buf[0]为int，然后执行按位补码。如果校验和应该用八位补码来计算，则使用(uint8_t) ~ (unsigned) buf[0]。（(uint8_t) ~buf[0]通常就足够了，但在使用补码或符号和幅度的 C 实现中，存在假设故障。）–
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FFBF，而不是65471。–
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