是否保证将 -1 分配给无符号类型会产生最大值？答案

【问题标题】：Is it guaranteed that assigning -1 to an unsigned type yields the maximum value?是否保证将 -1 分配给无符号类型会产生最大值？
【发布时间】：2021-01-28 09:42:51
【问题描述】：

我发现了一些关于这个特定主题的问题，但都是关于 C++ 的。

How portable is casting -1 to an unsigned type?

converting -1 to unsigned types

Is it safe to assign -1 to an unsigned int to get the max value?

在阅读答案时，这似乎是 C 和 C++ 不同的地方之一。

问题很简单：

如果我用unsigned char/short/int/long var 声明一个变量或使用任何其他无符号类型，如固定宽度、最小宽度等，那么是否可以保证var = -1 将var 设置为它可以容纳的最大值？这个程序是否保证打印“是”？

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main(void) {
    unsigned long var = -1;
    printf("%s\n", var == ULONG_MAX ? "Yes" : "No");
}

【问题讨论】：

但实际上，它不是 stackoverflow.com/questions/1667963/… 的副本吗？我认为不是，因为您提到了它，但该答案字面意思是The requirements on unsigned arithmetic guarantee that casting -1 to an unsigned type will produce the largest number possible for the target type，答案也跟着This is the same in C and C++。
@KamilCuk 我认为最好保留这一点，因为它只关注 C，而且您的回答非常好，并且通过引用直截了当。
@KamilCuk 它甚至明确引用了 C99 标准：C99, §6.2.5/9 所以它对 C 绝对有效。
好吧，我们现在有了明确的 C 版本
@KamilCuk 我个人不喜欢投票结束 C 问题作为 C++ 问题的欺骗，只是因为 C++ 问题的答案提到它也适用于 C。

标签： c unsigned

【解决方案1】：

是否保证将 -1 分配给无符号类型会产生最大值？

是的。

这个程序是否保证打印“是”？

是的。

这是从int -1 到unsigned long 的转换。 -1 不能表示为 unsigned long。来自C11 6.3.1.3p2：

否则，如果新类型是无符号的，则在新类型可以表示的最大值的基础上反复加减一，直到值在新类型的范围内

所以我们在-1 中添加一个(ULONG_MAX + 1)，我们得到-1 + (ULONG_MAX + 1) = ULONG_MAX，它在unsigned long 的范围内。

【讨论】：

【解决方案2】：

根据 C17 6.3.1.3，从 -1 (signed int) 到大型无符号类型的转换是明确定义的。

否则，如果新类型是无符号的，则通过重复添加或转换值比新类型可以表示的最大值多减一直到值在新类型的范围内⁶⁰⁾.

这带有一个有用的脚注 60)

这些规则描述的是数学值的算术运算，而不是给定类型表达式的值。

所以给定unsigned long var = -1;，值就变成了

-1 然后将 unsigned long 的最大值加一
意思是-1 + ULONG_MAX+1 = U_LONG_MAX。

这是定义明确且可移植的行为。与从无符号到有符号的转换不同，它可以调用实现定义的行为。

此外，这与符号格式无关，因为应该使用数学值，而不是原始二进制值。如果你做了类似unsigned long var = (signed long)0xFFFFFFFFF; 的事情，那么对于具有 1 的补码或有符号量级的奇异/虚构系统来说，这将是另一回事。

【讨论】：

您也可以使用 stdint.h 类型，因为它们保证使用 2 的补码。 uint32_t var = (int32_t)0xFFFFFFFFF; 本身定义良好，但功能失调的外来系统实际上不需要提供 int32_t，它是一个可选类型。