为什么 `char` 数据类型中的数据溢出会导致将值包装在其范围内？

Question

我最近遇到this的问题和@chux - Reinstate Monica给出的答案。

从他们的答案中引用行，“这是实现定义的行为。分配的值可能是 0 或 1 或 2...通常，通过加/减来环绕（“修改”）值256 直到在范围内。100 + 100 -256 --> -56。"

代码：

#include <stdio.h>
int main(void)
{
 char a = 127;
 a++;
 printf("%d", a);
 return 0;
}

输出： -128

---

在大多数 C 编译器中，char 类型采用 1 Byte 大小，严格来说，我假设它是 16 位系统，char 采用 1 Byte。

当a = 127时，它在计算机内部的二进制表示是0111 1111，加1应该得到值

0111 1111 + 0000 0001 = 1000 0000

等于-0（考虑到有符号数表示，其中最左边的位表示0 = + and 1 = -）那么为什么输出等于-128？

是因为“整数提升规则”吗？我的意思是，对于这个表达式a + 1，a 在+ 操作之前被转换为int (2 Bytes)，然后它在内存中的二进制表示变为1111 1111 1000 0000，它等于-128，并且对输出有意义-128。但是我的这个假设与 Chux-Reinstate-Monica 关于包装值的引用行相冲突。

Answer 1

1000 0000 等于 -0...

Ones' complement 有 -0，但大多数计算机使用 two's complement，但没有。

在two's complement 符号中，最左边的位代表-(coefficient_bit * 2^N-1)，即在您的情况下，1000 0000 最左边的位代表-(1 * 2^8-1)，它等于-128，这就是输出相同的原因。

您的 char 是一个 8 位有符号整数，在这种情况下 1000 0000 是 -128。我们可以使用GNU extension which allows binary constants 方便地测试 1000 0000 是什么。

char a = 0b10000000;
printf("%d\n", a);    // -128

char，在这个实现中，是一个有符号的 8 位整数。将 1 加到 127 会导致整数溢出到 -128。

整数提升呢？整数提升发生在计算期间，但结果仍然是char。 128 不适合我们有符号的 8 位字符，所以它溢出到 -128。

整数提升由this example演示。

char a = 30, b = 40;
char c = (a * b);
printf("%d\n", c);      // -80

char d = (a * b) / 10;
printf("%d\n", d);      // 120

char c = (a * b); 是 -80，但 char d = (a * b) / 10; 是 120。为什么？不应该是-8吗？这里的答案是整数提升。数学以本机整数形式完成，但结果仍必须填充到 8 位字符中。 (30 * 40) 是 1200 即 0100 1011 0000。然后必须将其塞回一个 8 位有符号整数；那是 1011 0000 或 -80。

对于其他计算，(30 * 40) / 10 == 1200 / 10 == 120 非常合适。