c中的无符号int数据类型

Question

请帮助我区分 C 中的这些代码：

代码 1：

#include<stdio.h>
#include <stdint.h>

uint8_t fb(int a)
{
    return -3;
}

int main()
{
    int a = fb(-3);
    printf("%d",a);
    return 0;
}

代码 2：

#include<stdio.h>

unsigned int fb(int a)
{
    return -3;
}

int main()
{
    int a = fb(-3);
    printf("%d",a);
    return 0;
}

问题是第一个代码按预期返回 253，但第二个代码返回 -3，这是出乎意料的，因为返回类型是无符号的。请帮助我这是怎么可能的？

我用过mingw gcc编译器。

Answer 1

在第一个程序中，

1. 当函数返回时，int -3 (FFFFFFFD) 被强制转换为 uint8_t 是 253 (FD)。高阶字节被丢弃以使其适合。
2. 执行分配时，uint8_t253 (FD) 通过符号扩展为 253 (000000FD) 转换为 int。

在第二个程序中，

1. 当函数返回时，int -3 (FFFFFFFD) 转换为 unsigned int 4294967293 (FFFFFFFD)。无需丢弃任何字节。
   
2. 执行分配时，unsigned int 4294967293 (FFFFFFFD) 转换为 int 为 -3 (FFFFFFFD)。

注意事项：

• 假设是 32 位整数，但 64 位整数的情况类似。
• 这是对您发生的事情的解释；这不一定是 C 规范所要求的。

Answer 2

从有符号到无符号的转换将遵循draft C99 standard 的6.3.1.3 部分中规定的规则有符号和无符号整数，其中说：

否则，如果新类型是无符号的，则值转换为 反复加或减一大于最大值 可以用新类型表示，直到值在 新类型。⁴⁹⁾

所以这意味着 -3 将通过将 UMAX +1 添加到值来转换为。对于uint8_t，这是一个相对较小的值253，它适合singed int，因此可以毫无问题地转换为signed int。

在您的第二种情况下，返回值为 unsigned int，我们将在转换后得到一个相当大的值，实际上是 std::numeric_limits<unsigned int>::max() + 1 - 3。这不适合 signed int 这是溢出，因此根据 6.5 段落 5 部分的未定义行为：

如果在评估过程中出现异常情况 表达式（也就是说，如果结果不是数学定义的，或者 不在其类型的可表示值范围内），行为 未定义。

Answer 3

unsigned int 应打印为%u 而不是%d

Answer 4

从整数类型转换为无符号整数类型的规则很简单：
根据需要经常加/减（目标类型的最大值 + 1）。

从整数类型转换为有符号整数类型的规则更简单：
保留该值，如果超出范围，则转换未定义。
大多数现代实现（都在 Windows 平台上）将其定义为添加/减去与对应的 unsigned 类型相同的常量，直到它适合为止。

使用这些规则，在第一个示例中从fb() 返回的转换是保值的并且可以：
-3 -> 256-3 = 253 -> 253

第二个示例中的返回超出范围，因此是未定义的行为，但通常情况下：
-3 -> 2^{CHAR_BIT*sizeof(int)}-3 -> -3

奖励事实：

• 允许向可变参数函数传递有符号/无符号类型，但原始值无法转换，只能假定为指定类型。
• CHAR_BIT 是一个预处理器常量，给出一个字节中的位数。
• sizeof 是一个运算符，用于给出类型/变量中的字节数。