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关于C语言中的无符号数和有符号数

2023-06-09 12:08:10
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供稿:网友

        无符号数和有符号数是不能进行比较运算的,否则可能会出现意想不到的错误,且极难检查出来!

  首先肯几个例子(假设在32位的机器上):

  1.   0 == 0U

   2.   -1 < 0U (注: 0是无符号的)

   3.   2147483647U > -2147483647 - 1

   4.   2147483647 > (int) 2147483648U

  结果如下:

   1.    1

   2.    0 *

   3.    0 *

   4.    1 *

  从结果中可以看出,2 3 4都不是我们想像中的结果。在C语言中,当一个无符号数和一个有符号数进行比较运算时,有符号数会被隐含的转换成无符号数,并假设这两个数都是非负数,然后进行比较运算。当把一个有符号数转换成无符号数时,其底层的二进制表示没有改变,仅仅是对其进行了不同的解释。这样,由于这两个原因就会出现上面的结果。

  首先分析一下2:

  -1的二进制补码表示是32个1。而0U的二进制补码表示是32个0.在比较的时候,-1被当做无符号数,也就是把32个1当做无符号数和32个0的无符号数比较,显然,32个1要大于32个0.所以,2的结果是1.

  再看看3,-2147483647的二进制补码表示是1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000, -1的补码表示是32个1,两个相加,也就是补码异或,得到0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111,这个结果是溢出的。由于前一个的操作数是无符号数,因此,前面的计算结果被当做无符号数来处理,因此,这两个数是相等的。所以结果是0.对于4,2147483648U被转换成有符号数是-1,所以4的结果是1.

  从上面可以看出,无符号数和有符号数在进行比较的时候,如果数值在边界上,则很容易出错。

  看下面的一段程序:

  1 float sum(float a[], unsigned int len)

  2 {

  3 int i;

  4 float r = 0.0;

  5 for (i = 0; i <= len - 1; ++i)

  6 {

  7 r += a[i];

  8 }

  9 return r;

  10 }

  如果len为0,那么这段代码将不会返回0.0。而是段错误。

  另外,当在无符号数和有符号数之间进行类型转换时,不同的转换顺序会得到不同的结果。如:

  1

      2  unsigned x = 0xFFFF;

  3   (int) ((word << 24) >> 24);

  4   ((int) word << 24) >> 24;

  第一个表达式的结果是0xFF,而第二个是0xFFFFFFFF.原因是第一个表达式的右移运算高位补0,而第二个右移运算高位补1.

测试代码:

  1 #include <stdlib.h>

  2 #include <stdio.h>

  3 float sum(float a[], unsigned int len)

  4 {

  5     int i;

  6     float r = 0.0;

  7     for(i = 0; i <= len - 1; ++i)

  8     {

  9         r += a[i];

  10     }

  11

  12     return r;

  13 }

  14

  15 int main()

  16 {

  17     printf("-1 < 0U : %s/n", (-1 < 0U) ? "true" : "false");

  18     printf("2147483647U > -2147483647 - 1 : %s/n", ( 2147483647U > -2147483647 - 1) ? "true" : "false");

  19     printf("2147483647 > (int)2147483648U : %s/n", ( 2147483647 > (int)2147483648U) ? "true" : "false");

  20

  21     unsigned w = 0xFFFF;

  22     printf("(int) ((w << 24) >> 24) = %x/n", (int) ((w << 24) >> 24));

  23     printf("((int)(w << 24)) >> 24 = %x/n", ((int)(w << 24)) >> 24);

  24

  25     float a[1];

  26     printf("sum %f/n", sum(a, 0));

  27     return 0;

  28 }

  运行结果:

  1 hcy@hcy-desktop:~$ ./a.out

  2 -1 < 0U : false

  3 2147483647U > -2147483647 - 1 : false

  4 2147483647 > (int)2147483648U : true

  5 (int) ((w << 24) >> 24) = ff

  6 ((int)(w << 24)) >> 24 = ffffffff

  7 段错误

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