Ошибка в работе сложения bitset

Question

#include <iostream>
#include <bitset>
#include <cstdio>
 
template <size_t N>
std::bitset<N> sum (const std::bitset<N>& b1, const std::bitset<N>& b2) {
    std::bitset<N> result;
    bool carry = false;
    for (size_t i = 0 ; i < N ; ++i) {
        unsigned value = b1[i] + b2[i] + (carry ? 1 : 0);
        carry = value > 1;
        result[i] = value % 2;
        printf ("[%d] %u %u -> %d (%d)\n", (int)i, b1[i], b2[i], result[i], (int)carry);
    }
    return result;
}
 
int main () {
    std::bitset<10> first(20);
    std::bitset<10> second (15);
    std::cout << sum (first, second).to_ulong() << std::endl;
}

Неправильно работает побитовое сложение bitset. Как исправить или какие еще есть варианты сложения двоичных чисел? 1 скрин ошибки и вывод. 2 скрин что должно выводить

Answer 1

constexpr bool operator[]( std::size_t pos ) const;
reference operator[]( std::size_t pos );

printf ("[%d] %u %u -> %d (%d)\n", (int)i, b1[i], b2[i], result[i], (int)carry);

Через %u и %d выводится то, что не является (unsigned) int'ом. А именно, некий reference.

https://ideone.com/gNvPKh

printf ("[%d] %u %u -> %u (%d)\n", (int)i, (unsigned)b1[i], (unsigned)b2[i], (unsigned)result[i], (int)carry);

[0] 0 1 -> 1 (0)
[1] 0 1 -> 1 (0)
[2] 1 1 -> 0 (1)
[3] 0 1 -> 0 (1)
[4] 1 0 -> 0 (1)
[5] 0 0 -> 1 (0)
[6] 0 0 -> 0 (0)
[7] 0 0 -> 0 (0)
[8] 0 0 -> 0 (0)
[9] 0 0 -> 0 (0)
35

И вообще, я бы код записал покрасивее: https://ideone.com/BX2PS9

template <size_t N> std::bitset<N> sum (const std::bitset<N>& b1, const std::bitset<N>& b2) {
    std::bitset<N> result;
    unsigned value = 0;
 
    for (size_t i = 0; i < N; ++i) {
        value += b1[i] + b2[i];
        result[i] = value & 1;
        value >>= 1;
 
        printf ("[%z] %u %u -> %u (%u)\n", i, (unsigned)b1[i], (unsigned)b2[i], (unsigned)result[i], value);
    }
 
    return result;
}

Кстати, можно ещё немного поиграться с форматом и присобачить %hhu - это формат для числового вывода unsigned char, так что я пока не знаю, разрешено ли стандартом его применять к bool, но они оба однобайтовые, и всё работает: https://ideone.com/kLoP8L

printf ("[%z] %hhu %hhu -> %hhu (%u)\n", i, b1[i], b2[i], result[i], value);

%hhu не работает - выведен мусор.

PS: А ещё есть сомнительное место, но может быть так и задумано: перенос из последнего разряда. По идее результатам может быть std::bitset<N+1>.

Answer 2

Шаблонный класс std::bitset имеет две версии оператора operator[] — константную и неконстантную версии:

constexpr bool operator[]( std::size_t pos ) const;
reference operator[]( std::size_t pos );

где reference — это вспомогательный классовый тип, предназначенный для установки отдельных битов у объектов типа std::bitset.

В приведённом коде

printf ("[%d] %u %u -> %d (%d)\n", (int)i, b1[i], b2[i], result[i], (int)carry);

имеют место несоответствия между спецификаторами преобразования и типами фактически передаваемых в функцию printf аргументов, что ведёт к неопределённому поведению.

Выражения b1[i] и b2[i] возвращают значения типа bool (используется константная версия operator[]), которые перед передачей в функцию printf преобразуются в тип int (см.: Вывод bool в printf), однако, используются спецификаторы преобразования %u, которые говорят, что аргументы должны иметь тип unsigned int, следовательно поведение программы не определено.

Выражение result[i] возвращает значение классового типа std::bitset<N>::reference (используется неконстантная версия operator[]), но используемый спецификатор преобразования %d говорит, что аргумент должен иметь тип int, следовательно поведение программы не определено.

N1570, 7.21.6.1/9:

[...] If any argument is not the correct type for the corresponding conversion specification, the behavior is undefined.

Так как класс std::bitset<N>::reference имеет оператор преобразования в тип bool, то проблемную строку можно переписать так:

std::printf("[%d] %d %d -> %d (%d)\n", (int)i, b1[i], b2[i], (bool)result[i], carry);

Вывод (gcc, clang):

[0] 0 1 -> 1 (0)
[1] 0 1 -> 1 (0)
[2] 1 1 -> 0 (1)
[3] 0 1 -> 0 (1)
[4] 1 0 -> 0 (1)
[5] 0 0 -> 1 (0)
[6] 0 0 -> 0 (0)
[7] 0 0 -> 0 (0)
[8] 0 0 -> 0 (0)
[9] 0 0 -> 0 (0)
35

БЛОГ НА HUSL

Ошибка в работе сложения bitset

Ответы (2 шт):