如何找出变量是有符号还是无符号

Question

在C程序中，如果整数为signed integer，则最高位为1，否则为0。

假设char和unsigned char，signed char的范围是-128到127和unsigned char是0到255，但实际上它们的十六进制范围是0x00 到 0xff。 我现在的问题是如果char和unsigned char使用8位二进制数存储在内存中，计算机本身如何知道它是signed还是unsigned？

char a = 0xff; printf("%d", a); //its result is -1.
unsigned char a = 0xff; printf("%d", a); //its result is 255.

在上面的例子中，printf 如何知道0xff 的值是有符号还是无符号？是不是只取决于a的定义？

Answer 1

这里有很多相关的问题，比如this一个。

您的问题不太正确：对于signed，最高位并不总是1——只有当值为负时。事实上，signed 或 unsigned 是归属于完全相同的位模式的“类型”，并且这些位模式在比较或提升时如何解释由它们各自的类型定义。

例如：

unsigned char u = 0xFF; // decimal 255
signed char s = 0xFF; // decimal -1

你可以看到两个值是一样的，都设置了最高位，但是它们的类型不同。

编译器使用type system 来了解如何解释值，而将有意义的类型分配给值是程序员的任务。在上面的例子中，我告诉编译器第一个 0xFF 应该被解释为一个具有最大范围的 unsigned 值（另见包含文件 limits.h）：

u = 0x00; // decimal 0, CHAR_MIN
u = 0xFF; // decimal 255, UCHAR_MAX

第二个0xFF 是signed 的最大范围值：

s = 0x00; // decimal 0, CHAR_MIN
s = 0x7F; // decimal 127, SCHAR_MAX
s = 0x80; // decimal -127, SCHAR_MIN (note how 0x7F + 1 = 0x80, decimal 127 + 1 = -127, called an overflow)
s = 0xFF; // decimal -1

对于您示例中的 printf，%d 告诉它期望 signed int 值。根据integer promotion rules of the C language，较小的char 类型要么是符号扩展的（如果它是signed 类型），要么是零扩展的（如果它是unsigned 类型）。结束上面的例子：

printf("%d", u); // passes a int 0x000000FF, decimal 128, to the function
printf("%d", s); // passes a int 0xFFFFFFFF, decimal -1, to the function

更多 printf 格式说明符是 here，例如 %u 在这种情况下可能对您来说很有趣。

Answer 2

在printf() 调用（和其他场合）中，整数提升规则适用。

编译器将给定值转换为int。这取决于 char 的签名（这当然是编译器知道的）。因此，根据 char 的符号，编译器通过填充 0 位或 char 的最高位来进行转换。

Answer 3

在C程序中，如果整数是有符号整数，则最高位为1，否则为0。

这个说法不正确。

在C程序中，如果整数是负符号整数，则最高位为1，否则为0。

这个说法也不正确。

在使用二进制补码有符号整数的C程序中，如果整数是负符号整数，则最高位为1，否则为0。

没错。

我们取 char 和 unsigned char，signed char 的范围是 -128 到 127，unsigned char 是 0 到 255，但实际上它们的十六进制在 0x00 到 0xff 的范围内。

这种说法令人困惑和误导。 0xFF 只是写 128 的另一种方式。您也可以说“在十六进制中，有符号字符的范围是 -0x80 到 0x7F，而有符号字符的范围是 0x00 到 0xFF。”

我现在的问题是，如果 char 和 unsigned char 使用 8 位二进制数存储在内存中，计算机本身如何知道它是有符号还是无符号？

计算机不知道。 您通过输入单词 unsigned 来告诉它是要将记忆解释为有符号数还是无符号数。

在上面的例子中，printf 如何知道 0xff 的值是有符号还是无符号？

将printf 排除在外。让我们做一个更简单的例子：

char a = 128; 

会发生什么？ 128 大于最大可能的有符号字符（同样，假设 8 位字符为二进制补码）。所以值环绕到最小的可能值；这变成-128。

char a = 129;

会发生什么？ 129 比最大可能的有符号字符大 两个。所以它环绕到第二小的可能值，-127。

char a = 130;

这比最大可能值大三，所以它环绕到第三小的可能值，-126。

....跳过一些...

char a = 255;

这比最大可能值大 128，因此它会回绕到第 128 个最小可能值，即 -1。

知道了吗？

好的，现在我们明白了：

char a = 255;
unsigned char b = 255;

现在我们说会发生什么

int c = a;
int d = b;

？我们有一个有符号整数。 a我们已经确定回绕到-1，在整数范围内，所以c变成了整数-1。 b是无符号字符255，在整数范围内，所以d变成整数255。

a 和 b 的内存内容相同这一事实无关紧要。根据您分配给a 和b 的类型，该内存被解释为一个数字。特别是，将该位模式转换为整数位模式完全取决于类型。