我了解到在 C 语言中 char 类型的范围是 -128 到 127，但看起来不是这样

Question

这可能是一个非常基本的问题，但我无法做到。 这是我正在使用的。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    char c1, c2;
    int s;
    c1 = 128;
    c2 = -128;

    s = sizeof(char);

    printf("size of char: %d\n", s);
    printf("c1: %x, c2: %x\n", c1, c2);
    printf("true or false: %d\n", c1 == c2);
}

结果是这样的。

size of char: 1
c1: ffffff80, c2: ffffff80
true or false: 1

我将值 128 分配给有符号（普通）字符类型，但它没有溢出。

此外，c1 和 c2 似乎都拥有 4 个字节，而 -128 和 128 是相同的值。

我怎样才能理解这些事实？我需要你的帮助。非常感谢。

Answer 1

类型char 可以表现为signed char 类型或unsigned char 类型，具体取决于编译器选项或编译器的默认设置。

在您的情况下，类型 char 的行为与类型 signed char 相同。在这种情况下，CHAR_MIN 等于 -128，CHAR_MAX 等于 127。

所以char 类型的对象不能保存正数 128。在内部，此值具有以下十六进制表示 0x80。因此存储在char 类型的对象中，它被解释为负值，因为设置了符号位。这个负值是-128。

所以在这些陈述之后

c1 = 128;
c2 = -128;

这两个对象的值相同，等于-128。

还有输出

c1: ffffff80, c2: ffffff80

本次通话

printf("c1: %x, c2: %x\n", c1, c2);

表明提升为 int 类型的两个对象 c1 和 c2 具有相同的负值表示。

请注意，为有符号类型的对象分配一个无法在对象中表示的正值是实现定义的行为。

Answer 2

这里解释：https://en.wikipedia.org/wiki/Signed_number_representations

如果 -128 和 128 以及介于两者之间的所有数字都用一个字节表示，那么该集合中将有 257 个数字。但是我们没有，它只有 256 个。

其映射如下十进制：[0..127,-128..-1] => [0b00000000..0b11111111]。请注意，第一位在 -128 处变为 1，很高兴；）。

您的字符串格式也不正确，您的编译器应该警告您，%x 需要 4 个字节！如果您考虑到我之前所说的，您会发现 0x80 确实是 0b10000000。

Answer 3

在c1 = 128; 中，128 不适合您的 C 实现使用的有符号八位 char。根据 C 2018 6.5.16.1 2 将 128 转换为 char：“右操作数的值转换为赋值表达式的类型……”

转换是实现定义的，根据 6.3.1.3 3：“否则，新类型是有符号的，值不能在其中表示；结果要么是实现定义的，要么是产生实现定义的信号。”您的 C 实现将 128（即 10000000₂ 作为无符号二进制数字）转换为 -128，当对有符号二进制使用二进制补码时，它用相同的位表示。因此，结果是c1 包含值 -128。

在printf("c1: %x, c2: %x\n", c1, c2); 中，c1 被转换为int。这是因为使用 ... 参数调用函数的规则是将默认参数提升应用于相应的参数，根据 6.5.2.2 7：“默认参数提升是在尾随参数上执行的。”

默认参数提升包括整数提升，根据 6.5.2.2 6. 当char 的范围比int 窄时，就像在大多数 C 实现中一样，整数提升将 char 转换为int，根据 6.3.1.1 2：“如果 int 可以表示原始类型的所有值……，则该值将转换为 int……”

因此，在printf("c1: %x, c2: %x\n", c1, c2); 中，-128 的int 值作为第二个参数传递。您的 C 实现对int 使用 32 位二进制补码，其中 -128 用位 11111111111111111111111110000000 表示，我们可以将其用十六进制表示为 ffffff80。

格式字符串使用%x 指定转换。 %x 的正确参数类型是 unsigned int。但是，您的 C 实现已接受 int 并将其位重新解释为 unsigned int。因此，11111111111111111111111110000000 位被转换为字符串“ffffff80”。

这解释了为什么要打印“ffffff80”。这不是因为c1 有四个字节，而是因为它在传递给printf 之前被转换为四字节类型。此外，将负值转换为该四字节类型会导致设置了许多位的四个字节。

关于c1 == c2 评估为真（1），这仅仅是因为c1 被赋予了值-128，如上所述，c2 = -128; 也将值-128 分配给c2，所以c1和c2 具有相同的值。

Answer 4

在声明中

printf("c1: %x, c2: %x\n", c1, c2);

%x 需要unsigned int 类型的参数，因此c1 和c2 的值将从char 提升到unsigned int，并扩展了前导位。要将unsigned char 的数值打印为十六进制，您需要在转换中使用hh 长度修饰符：

printf("c1: %hhx, c2: %hhx\n", c1, c2 );

至于char 中可以表示的值，比这要复杂一些。

基本字符集¹成员的编码保证为非负数。附加字符的编码可能是负数或非负数。

因此，取决于实现，一个普通的char 可以表示至少在[-128..127] 范围内的值（假设二进制补码表示）或 [0..255] .我说“至少”，因为CHAR_BIT 可能超过 8 个（历史上存在使用 9 位字节和 36 位字的系统）。 signed char 将表示至少在[-128..127] 范围内的值（同样，假设二进制补码）。

假设char 是有符号的8 位，那么将128 分配给c1 会导致有符号整数溢出，其行为是未定义，这意味着编译器并且执行环境不需要以任何特定方式处理它。 任何结果都是“正确的”，只要语言定义是必需的，无论它是否是您预期的结果。

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1. 大写和小写拉丁字母、十进制数字、29 个图形字符、空格和控制字符（换行、换页、制表符等）。