C/C++の右辺値（R値）式パズル：~xだけ書いても値が変わらない理由とは？

今回は興味深いパズルを紹介します。次のようなプログラムがあったとき、出力はどうなるか、そしてその理由は何かを考えてみてください。

例

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {
    int x = 0xab;
    ~x;
    cout << hex << x;
}

さて、出力はどうなるでしょうか？「~x」はビット反転（1の補数）演算を行っています。では、反転された結果が16進数で表示されるのでしょうか？

実際の出力は次のとおりです。

出力

ab

結果はまったく変わりません。では、なぜこのような動作になるのでしょうか？

理由：~x は右辺値（R値）式だから

答えのカギは「~x が右辺値（R値）式である」という点にあります。~x は x のビットをすべて反転した値を計算しますが、その結果はどこにも代入されていません。右辺値式が生成する値は一時的なものであり、左辺値（L値）に代入されるまでメモリ上に保存されることはありません。つまり、計算された反転結果はその場で捨てられてしまうのです。

そこで、左辺値に代入するようにコードを修正してみましょう。

例（修正版）

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {
    int x = 0xab;
    x = ~x;
    cout << hex << x;
}

出力

ffffff54

今度は反転結果が x に代入されるため、0xab のビット反転である 0xffffff54 が正しく表示されました。

なお、0xab は int 型（多くの環境で32ビット）として扱われるため、~x は上位ビットも含めてすべてのビットを反転します。その結果、0x000000ab は 0xffffff54 になるというわけです。このように、C/C++では演算結果を実際に利用するには、必ず変数などに代入する必要がある点に注意しましょう。