C如何在有符号和无符号整数中存储负数？

Question

示例如下：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int x=35;
    int y=-35;
    unsigned int z=35;
    unsigned int p=-35;
    signed int q=-35;
    printf("Int(35d)=%d\n\
Int(-35d)=%d\n\
UInt(35u)=%u\n\
UInt(-35u)=%u\n\
UInt(-35d)=%d\n\
SInt(-35u)=%u\n",x,y,z,p,p,q);

    return 0;
}

输出：

Int(35d)=35
Int(-35d)=-35
UInt(35u)=35
UInt(-35u)=4294967261
UInt(-35d)=-35
SInt(-35u)=4294967261

我将值声明为有符号整数还是无符号整数真的很重要吗？因为，C 实际上只关心我如何从内存中读取值。请帮助我理解这一点，我希望你能证明我错了。

Answer 1

Representation of signed integers 取决于底层平台，而不是 C 语言本身。对于有符号整数表示，语言定义大多是不可知的。 Two's complement 可能是最常见的，但还有其他表示形式，例如 one's complement 和 signed magnitude。

在二进制补码系统中，您通过反转位并加 1 来否定一个值。要从 5 到 -5，您可以：

5 == 0101 => 1010 + 1 == 1011 == -5

要从-5 回到5，请遵循相同的步骤：

-5 == 1011 => 0100 + 1 == 0101 == 5

我将值声明为有符号整数还是无符号整数真的很重要吗？

是的，原因如下：

1. 它会影响您可以表示的值：无符号整数可以表示从0 到2<sup>N</sup>-1 的值，而有符号整数可以表示介于-2<sup>N-1</sup> 和2<sup>N-1</sup>-1（二进制补码）之间的值。

2. 对于无符号整数，溢出是明确定义的； UINT_MAX + 1 将“换行”回0。 没有为有符号整数明确定义溢出，INT_MAX + 1 可能“换行”到INT_MIN，或者它可能不会。

3. 因为 1 和 2，它会影响算术结果，尤其是当您在同一个表达式中混合有符号和无符号变量时（在这种情况下，如果出现溢出，结果可能无法很好地定义）。

Answer 2

unsigned int 和 signed int 在内存中占用相同数量的字节。它们可以存储相同的字节值。但是，数据将根据是否已签名或未签名而被区别对待。

请参阅http://en.wikipedia.org/wiki/Two%27s_complement，了解表示整数值的最常用方法。

由于您可以在 C 中进行类型转换，因此您可以有效地强制编译器将 unsigned int 视为有符号 int，反之亦然，但请注意，这并不意味着它会按照您的想法进行或表示是正确的。 （溢出有符号整数会调用 C 中未定义的行为）。

（正如 cmets 中所指出的，除了二进制补码之外，还有其他表示整数的方法，但是二进制补码是桌面机器上最常见的方式。）

Answer 3

我将值声明为有符号整数还是无符号整数真的很重要吗？

是的。

例如，看看

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a = -4;
    int b = -3;
    unsigned int c = -4;
    unsigned int d = -3;
    printf("%f\n%f\n%f\n%f\n", 1.0 * a/b, 1.0 * c/d, 1.0*a/d, 1.*c/b);
}

及其输出

1.333333
1.000000
-0.000000
-1431655764.000000

这清楚地表明，如果我将相同的字节表示解释为有符号或无符号，则会产生巨大的差异。

Answer 4

#include <stdio.h>

int main(){
    int x = 35, y = -35;
    unsigned int z = 35, p = -35;
    signed int q = -35;

    printf("x=%d\tx=%u\ty=%d\ty=%u\tz=%d\tz=%u\tp=%d\tp=%u\tq=%d\tq=%u\t",x,x,y,y,z,z,p,p,q,q);
}

结果是： x=35 x=35 y=-35 y=4294967261 z=35 z=35 p=-35 p=4294967261 q=-35 q=4294967261

int number store 也不一样，它以 Complement 方式存储在内存中，

我可以使用 0X... 0X00000023 中的 35 和 0Xffffffdd 中的 -35，使用 sigend 或 unsigend 没有区别。它只输出不同的风格。 %d 和 %u 关于正数没有区别，但是负数第一个位置是符号，如果你输出 %u 是 0Xffffffdd 等于 4294967261，但是 %d 0Xffffffdd 可以是 - 0X00000023 等于 -35。

Answer 5

变量类型定义的最基本的东西是它在内存中的存储方式（即读取和写入）以及位是如何解释的，因此您的语句可以被认为是“有效的”。

您还可以使用转换来查看问题。当您将有符号和负值存储在无符号变量中时，它会转换为无符号。碰巧这种转换是可逆的，因此带符号的 -35 转换为无符号的 4294967261，当您请求时，可以将其转换为带符号的 -35。这就是 2 的补码编码（参见其他答案中的链接）的工作原理。