golang中常量左移后的奇妙问题

Question

package main

import (
    "fmt"
)

const (
    cimax uint8 = 255
)

func main() {
    var i uint8
    var imax uint8 = 255

    i = imax << 4
    fmt.Printf("%d\n", i)

    //i = cimax << 4 // 为什么这里的常量不能正常左移呢？
    //fmt.Printf("%d\n", i)

    fmt.Printf("%d\n", 0xf0)
}

是不是常量不能作为左移操作法的操作数？

Answer 1

以下是一些不够严谨的分析。

参照文档进行研究，Go必然有这么几个特点：

1. 编译型语言，编译器的静态求值是自然的。
2. 必须使用强制类型转换。甚至于对一个uint16变量赋uint8的值都是不允许的。
3. 整数字面值不包含存储空间的大小，可以直接赋给各种uintX（必须不溢出）。
4. <<运算的结果的类型，以左侧操作数为准。

而从表象上来看：

1. 静态求值的规则是先不顾代码范围，强制求值，之后再塞回目标的存储空间中
2. 对变量左移的时候，会直接考虑存储空间大小，将左移的数据丢弃

对于第1条，如下的代码都会出现同样的错误。对于这两个例子，因为<<左侧都是uint8，所以最终的结果也是uint8，则得出的结果装不下uint8就会报错，哪怕最后准备了uint16的容器也不行：

const c_i8 uint8 = 255
var i16 uint16
i16 = uint16(c_i8 << 4) // constant 4080 overflows uint8
i16 = uint16(uint8(255) << 4) // constant 4080 overflows uint8

对于第2条，如下的代码都可以正确执行：

var i8 uint8
var i8_2 uint8 = 255
i8 = i8_2 << 4
fmt.Printf("%x\n", i8) // f0
i8_2 <<= 4
fmt.Printf("%x\n", i8_2) // f0

所以并不是说常量不能作为操作数，而是常量左移之后，Go面对溢出的行为并不是截断而是报错。临时对付这个问题，你可能需要先用不定长度的uint类型绕开溢出的限制，再用掩码(& 0xFF)运算去约束结果的范围：

const c_i8 uint8 = 255
var i16 uint16
i16 = uint16(uint(c_i8) << 4 & 0xFF)
fmt.Printf("%x\n", i16)

更深入的分析期待其他回答者的补充。

Answer 2

>>> go build a.go
# command-line-arguments
./a.go:18: constant 4080 overflows uint8

这错误很明显了啊，溢出了。你那个变量的类型是 uint8，能存储的最大值是 255。

为什么「变量」没有报溢出的错误呢？因为它是「变量」，编译器在编译时没能确定执行到那里的时候它一定会溢出（说不定你在什么地方改变了它的值所以不会溢出了）。

编译器会保证「常量」不会变化（你不能以正常的方式对它赋值），所以编译的时候它能够把这些地方先计算了，于是它发现你在给一个 uint8 类型的变量赋值一个超过它的最大值的数。

（大概是因为 go 太新了吧。像这种 C 程序，gcc 带优化编译完之后只会剩下输出语句，计算都会提前算了。不过对于变量也不会有警告。）

Answer 3

这里并不是常量不能左移，还是类型溢出的原因，例子中的常量值左移后变成uint32类型的了uint8类型已经表示不了。你尝试一下把常量cimax和变量i声明为uint32就没有问题，或者不改类型，把常量cimax的初始值修改为小于15的值（前4位为0,这样左移4位后不会产生进位）也没有问题。

Answer 4

关于变量没有报错，是因为编译器是在运行期才会给变量分配存储内存的（非优化状态），而常量的赋值是一个编译期行为，所以常量通常会被编译器在预处理阶段直接展开，你左移之后相当于给它一个大于uint8可存储的值它必然会报错。
Go官方文档中针对constant有说明，
But in Go, a constant is just a simple, unchanging value
而且在文档里作者也说明了，因为他们在之前讨论了C和C++的做法，然后发现很多野指针还有一些奇怪的bug都是因为类型混用导致的，所以他们在Go中的constant设定就是一个简单的不可改变的值。
在编译的时候，变量不能判断是否溢出，但是常量是可判断是否溢出的，因为不可改。同理，除了左移以外，如果你给常量一个在编译期不可知的值同样也会报错。
文档请见：
https://blog.golang.org/const...