理解无符号数的行为答案

【问题标题】：understanding the behaviour of unsigned numbers理解无符号数的行为
【发布时间】：2016-03-10 09:22:09
【问题描述】：

我的目标是有一个无符号整数值的升序排序列表，我使用sub_func 来选择哪个更大。

sub_func 返回是int，因为我想比较所有数字中哪个更大，但我在定义 unsigned int 的最大值时遇到了问题，即 (0xffffffff == -1) .我想在这里了解更多关于无符号数字的信息。我该如何解决这个问题？

我有以下代码：

#define p_max (0xffffffff)
uint32 a = p_max;
uint32 b = 20;

int sub_func(uint32 a, uint32 b) 
{
    return (b - a);
}

rerun 是 21，我希望它是 20 - MAX，这将是负数，我的返回类型是负数。

但是，我看到它总是一个正数。我不想要，如何解决这个问题？

【问题讨论】：

当a < b 和false 时，为什么不采用返回true 的标准方式？想想a = b = max 的情况，你需要一个更广泛的签名类型，例如C++11 的 long long 至少为 64 位。
我想要返回值，它对我进一步的编码很重要。
unsigned 值不能为负数。
嗯，当这两个值之间的差异大于0x7fffffff时，你的计划是什么？
您确定需要签名差异吗？ +/- 或 +1/0/-1 还不够吗？

标签： c++ c unsigned

【解决方案1】：

（假设uint32是一个32位无符号整数类型）。

b - a 是 uint32 类型的表达式，因为两个操作数都属于该类型。由于uint32 的标准定义环绕行为，它的值为21。

您将其分配给 int 类型，因此返回值。

【讨论】：

【解决方案2】：

不要混合int 和uint，除非确实需要，因为最大值不同，因为一位将用于符号。

根据您的最新评论，您可以返回 0 或 1，然后决定添加到尾/后或头/前。

uint32 sub_func(uint32 a, uint32 b)  
{
    if( a > b )
        return 0;
    else
        return 1;
}

如果要返回 true 或 false，也可以使用 bool 数据类型。根据比较和返回数据类型调整你的函数返回码。

【讨论】：

【解决方案3】：

你问的是不可能的。

20 - 0xfffffff = -4294967275

不能用 int 表示，限制在[-2147483648,2147483647] 范围内。

两个无符号的差需要33位！

【讨论】：

那么，如果我将 p_max 声明为 0x0fffffff，那会起作用吗？
@Invictur 这是一个解决方案，是的，将unsigned 限制为signed 的最大值
Type int 不限于该范围。
@2501：你能详细说明一下吗？
@2501，请您详细解释一下这将如何影响？

【解决方案4】：

首先，相同类型的signed 和unsigned 存储在相同大小的相同空间中（例如signed char 和unsigned char 存储在1 个字节上）。因此，对于signed，一半的可能值用于存储正值，另一部分可能值用于存储负值。对于unsigned，所有可能的值仅用于正值：

signed char : -127 到 127
unsigned char : 0 到 255

要计算一个负数，最常用的解决方案是“补码”。存储 -1 ：

使用值 1 : 0x01
反转它：0xFE
加1：0xFF

因此，-1 在有符号上下文中存储为 255 在无符号上下文中。

这是因为每个人都说：不要混合签名和未签名！

或者，如果您真的需要，请使用更大的尺寸来计算签名并小心：

std::uint32_t a;
std::uint32_t b;

std::int64_t = static_cast<std::int64_t>(b) - static_cast<std::int64_t>(a)

8 位和 16 位大小数据的示例：http://coliru.stacked-crooked.com/a/38076c588de3907d

【讨论】：

你没有把 unsigned 和 signed char 弄错了吗？此外，在 C++14 之前，signed char 可以从 -127 到 +127。

【解决方案5】：

您将结果存储在int 中这一事实并不能阻止使用unsigned 算术进行减法。

两个uint32 的减法总是产生uint32 类型的结果。如果减法的数学结果是否定的，则使用模算术产生一个介于0 和无符号类型可以表示的最大值之间的值。

你已经利用这个事实从-1 得到0xFFFFFFFF。它同样适用于减法结果。

20 - 0xfffffff 给出的值为-4294967275。以0x100000000 为模（uint32 可以表示的最大值加上1）是21（0x15）。 21 转换为 int 仍然是 21。

产生负值的一种方法是避免使用unsigned变量进行减法，例如；

int sub_func(uint32 a, uint32 b) 
{
    return (a > b) ? 1 : ((a < b) ? -1 : 0));
}

【讨论】：

对不起，这太疯狂了 :-)
这是我认为最好的答案：结果来自于计算机不是在做常规算术，而是在做模算术。

【解决方案6】：

由于带符号的 32 位 int 的限制是 [-2147483648,2147483647]，因此它不能保存减法的结果，因为它超出了限制。您可以使用 64 位数据类型来保存减法的结果。我在 Visual Studio 上测试了以下代码。

#define p_max 0xffffffff

unsigned int a = p_max;
unsigned int b = 20;

signed long long sub_func() 
{
    return ((signed long long)b - (signed long long)a);
}

int main()
{
    signed long long x = sub_func();
}

【讨论】：

返回类型是int。

【解决方案7】：

在下面的代码中，问题是为什么 nResult 会是 21。

#define p_max (0xffffffff)
uint32 a = p_max;
uint32 b = 20;

void main()
{
    int nResult = b - a;
}

您正在尝试计算：

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100 - 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

实际上计算为加法

1（1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 的补码）到

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100.

= 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0101

结果是21，不考虑符号，因为它是由两个uint32的运算产生的。因此，即使您将结果值转换为有符号整数，它也不会做出任何改变，因为它已经是一个正值。

【讨论】：

【解决方案8】：

我刚刚用 VC2013 测试了这个，编译器将这些值视为有符号整数，因此得到 21！这是不合时宜的：-

int sub_func(uint32 a, uint32 b)
{
00B813C0  push        ebp
00B813C1  mov         ebp, esp
00B813C3  sub         esp, 0C0h
00B813C9  push        ebx
00B813CA  push        esi
00B813CB  push        edi
00B813CC  lea         edi, [ebp - 0C0h]
00B813D2  mov         ecx, 30h
00B813D7  mov         eax, 0CCCCCCCCh
00B813DC  rep stos    dword ptr es : [edi]
return (b - a);
00B813DE  mov         eax, dword ptr[b]
00B813E1  sub         eax, dword ptr[a]
}
00B813E4  pop         edi
00B813E5  pop         esi
00B813E6  pop         ebx
00B813E7  mov         esp, ebp
00B813E9  pop         ebp
00B813EA  ret

【讨论】：

无符号处理有何不同？？
我想它可以支持某种形式的下溢检测，或者可能是类型转换错误（可能缩小转换为 int），我不知道详细的标准，但它确实解释了为什么结果是 21 (20 - -1) 而不是大负值 (20 - p_max)。
一点也不。 C 中没有整数上溢/下溢，只是未定义的行为（您是否看到任何有关进位或溢出标志的测试？）。你能在那个程序集中找出一条有符号或无符号的指令吗？？
是的，我知道这一切，我只是想解释在 IA86 处理器上观察到的行为（其他处理器可能会有所不同）。 CPU不是总是做无符号整数加减法，它只是定义符号的结果的解释。编译器可能会对此产生警告，或者您可以在 ASM 块中的 add/sub 之后添加 INTO 指令。..
关键是看那个汇编代码绝对不会告诉你什么。