C中的有符号和无符号整数

Question

我编写了这个程序作为练习来理解有符号和无符号整数如何 在 C 工作。 这段代码应该只打印-9 加上存储在变量c 中的-4+-5

#include <stdio.h>

int main (void) {
  unsigned int a=-4;
  unsigned int b=-5;

unsigned int c=a+b;
printf("result is %u\n",c);

return 0;
}

当这段代码运行时，它会给我一个意想不到的结果4294967287。 我也将c 从unsigned 转换为signed integer printf ("result is %u\n",(int)c); 但也不起作用。

请有人解释为什么程序没有给出确切的结果？

Answer 1

你期望这样：

printf("result is %u\n",c);

打印-9。这不可能。 c 是 unsigned int 类型，%u 打印一个 unsigned int 类型的值（使用正确的格式字符串作为参数做得很好）。 unsigned int 对象不能存储负值。

回到程序中的几行：

unsigned int a=-4;

4 是类型（有符号）int，具有明显的价值。将一元 - 应用于该值会产生 int 值 -4。

到目前为止，一切都很好。

现在，当您将这个负的 int 值存储在 unsigned int 对象中时会发生什么？

它是转换的。

语言指定了当您将带符号的int 值转换为unsigned int 时会发生什么：该值被调整为在unsigned int 的范围内。如果unsigned int 是 32 位，则可以根据需要多次加或减 2³²。在这种情况下，结果是 -4 + 2³²，或 4294967292。 （如果你以十六进制显示这个数字会更有意义：0xfffffffc。）

（生成的代码真的不会重复加或减 2³²；它会做任何需要做的事情来获得相同的结果。使用二进制补码表示有符号整数很酷的一点是它不必做任何事情。int 的值 -4 和 unsigned int 的值 4294967292 完全相同位表示。规则是根据值定义的，但它们的设计是为了可以使用按位运算轻松实现。）

同样，c 的值为 -5 + 2³²，或 4294967291。

现在您将它们加在一起。 数学结果是8589934583，但这不适合unsigned int。使用与转换类似的规则，将结果减少到unsigned int 范围内的值，产生4294967287（或者，在十六进制中，0xfffffff7）。

您还尝试了演员表：

printf ("result is %u\n",(int)c);

在这里，您将int 参数传递给printf，但您已经告诉它（通过使用%u）期待unsigned int。您还尝试转换一个太大而无法放入int 的值——当值超出范围时，无符号到有符号的转换规则不会定义此类转换的结果。所以不要那样做。

Answer 2

如果这是一个 c 和有符号与无符号的练习，你应该从思考开始 - 这是什么意思？

 unsigned int a=-4;

它甚至应该编译吗？这似乎是一个矛盾。

使用调试器检查存储在 a 位置的内存。你认为在这种情况下会一样吗？

 int a=-4;

当编译器被要求将无符号 x 添加到无符号 y 时，编译器是否会做不同的事情，而不是有符号 x 和有符号 y。让编译器向你展示它在每种情况下生成的机器代码，阅读指令的作用

探索调查验证，您有机会获得有关计算机实际工作方式的真正有趣的见解

Answer 3

用谷歌，两秒就能找到答案..

http://en.wikipedia.org/wiki/Signedness

For example, 0xFFFFFFFF gives −1, but 0xFFFFFFFFU gives 4,294,967,295
for 32-bit code

因此，在这种情况下，您的4294967287 是预期的。

但是，“从无符号转换为有符号不起作用”究竟是什么意思？

Answer 4

这个答案对于 32 位整数是完全正确的。

unsigned int a = -4;

将a 设置为位模式0xFFFFFFFC，解释为无符号位，即4294967292 (2³² - 4)。同样，b 设置为 2³² - 5。当你将两者相加时，你会得到 0x1FFFFFFF7 (8589934583)，它比 32 位更宽，所以多余的位被丢弃，留下 4294967287，其中，碰巧是 2³² - 9。因此，如果您对有符号整数进行了此计算，您将得到完全相同的位模式，但 printf 会将答案呈现为 @987654325 @。