你什么时候会在“unsigned char”上使用“signed char”？

Question

据我所知，unsigned char 和 signed char 之间没有太大区别，除了 -127 到 128 的有符号字符和 0 到 255 的无符号字符。我正在尝试学习 C++，我一直在想这个问题。另外，我很长一段时间都是 lua 程序员，所以我习惯于无符号字符，所以我只是想知道它们之间的区别以及什么时候你更愿意使用有符号字符而不是无符号字符。

谢谢。

Answer 1

正如@SomeProgrammerDude 所解释的并且您已经知道，当您希望使用小的整数值时，您明确指定signed 或unsigned。在 AMD-64 架构上（这是 64 位通用 CPU 最广泛使用的架构，它可能是您笔记本电脑上的架构），signed char 占用 1 个字节，范围从 -128 到127，而unsigned char也占用1个字节，范围从0到255。

我想进一步推动这一点，展示使用signed 或unsigned 整数类型（例如char、short、int，...）如何影响最终程序并且是实际执行。我将使用char的例子，但原理与其他整数类型相同。

假设我们有这个小程序：

// main.cpp

#include <iostream>

int main() {
    signed char   sc = (signed char)255; // equivalent to sc = -1
    unsigned char uc = 255;

    bool signedComp   = (sc <= 5);
    bool unsignedComp = (uc <= 5);

    return 0;
}

如果我们看一下汇编程序（代码与您的 CPU 实际执行的代码非常接近），我们可以观察到差异。这是汇编代码中最相关的部分：

movb    $-1, -4(%rbp) # sc = -1
movb    $-1, -3(%rbp) # uc = -1 (equivalent to uc = 255)

cmpb    $5, -4(%rbp)  # compare sc and 5, ...
setle   %al           # ... see whether sc was lower or equal (signed comparison), ...
movb    %al, -2(%rbp) # ... and set the boolean result into signedComp.

cmpb    $5, -3(%rbp)  # compare uc and 5, ...
setbe   %al           # ... see whether uc was below or equal (unsigned comparison), ...
movb    %al, -1(%rbp) # ... and set the boolean result into unsignedComp.

（如果您好奇并想自己生成汇编程序，请运行g++ -S main.cpp -o main.s -O0 并查看main.s 文件的一部分，您会在其中看到main: 标记。）

在您的内存中（特别是在堆栈上），sc 和uc 都将占用 1 个字节。事实上，sc 和uc 实际上包含255 的相同 值。然而，方式使得sc 和uc 不同。

因此，这个：

unsigned char 和 signed char 之间没有太大区别

...具有讽刺意味的是 100% 正确。

从中吸取的教训是，程序员使用的数字只是概念性的。归根结底，关键在于如何使用 1 和 0。