我在C规范中读到一点，无符号变量（特别是 unsigned short int ）在整数溢出时执行一些所谓的环绕，尽管我除了我用未定义的行为离开之外，找不到任何有关已签名变量的内容。
我的教授告诉我他们的价值观也被包围了（也许他只是意味着gcc）。我认为这些位被截断了，我留下的位给了我一些奇怪的值！
什么是环绕的，它与截断位有什么不同。
答案 0 :(得分：19)
有符号整数变量在C语言中没有环绕行为。算术计算期间的有符号整数溢出会产生未定义的行为。请注意，您提到的GCC编译器在优化中实现严格溢出语义是已知的，这意味着它利用了这种未定义行为情况提供的自由：GCC编译器假定有符号整数值永远不会回绕。这意味着GCC实际上恰好是无法依赖于有符号整数类型的环绕行为的编译器之一。
例如，GCC编译器可以假设变量int i具有以下条件
if (i > 0 && i + 1 > 0)
相当于仅仅
if (i > 0)
这正是严格溢出语义的含义。
无符号整数类型实现模运算。模数等于2^N，其中N是类型的值表示中的位数。因此，无符号整数类型的确会出现溢出。
但是，C语言从不在小于int / unsigned int的域中执行算术计算。您在问题中提及的unsigned short int类型通常会在任何计算开始之前被提升为在表达式中键入int（假设unsigned short的范围符合int的范围）。这意味着1）unsigned short int的计算将在int的域中执行，当int溢出时发生溢出，2）在此类计算期间溢出将导致未定义的行为，而不是包裹行为。
例如，此代码生成环绕
unsigned i = USHRT_MAX;
i *= INT_MAX; /* <- unsigned arithmetic, overflows, wraps around */
这段代码
unsigned short i = USHRT_MAX;
i *= INT_MAX; /* <- signed arithmetic, overflows, produces undefined behavior */
导致未定义的行为。
如果没有发生int溢出并且结果转换回unsigned short int类型，则会再次以模2^N缩小，这看起来好像值已经被包围了。
答案 1 :(得分：10)
想象一下，你的数据类型只有3位宽。这允许您表示8个不同的值，从0到7.如果添加1到7，您将“回绕”回到0，因为您没有足够的位来表示值8（1000）。
对于无符号类型，此行为已明确定义。对于签名类型，不定义良好，因为有多种方法可以表示有符号值，并且溢出的结果将根据该方法进行不同的解释。
符号幅度：最高位表示符号; 0表示正数，1表示负数。如果我的类型再次是三位宽，那么我可以表示符号值，如下所示：
000 = 0
001 = 1
010 = 2
011 = 3
100 = -0
101 = -1
110 = -2
111 = -3
由于符号占用了一位，因此我只有两位来编码0到3的值。如果我加1到3，我将溢出-0作为结果。是的，有两个表示0，一个正面和一个负面。您不会经常遇到符号幅度表示。
一个补码：负值是正值的按位反转。再次，使用三位类型：
000 = 0
001 = 1
010 = 2
011 = 3
100 = -3
101 = -2
110 = -1
111 = -0
我有三位来编码我的值，但范围是[-3,3]。如果我加1到3，我将溢出-3作为结果。这与上面的符号幅度结果不同。同样，使用此方法有两种编码为0。
二进制补码：负值是正值的按位反转加1.在三位系统中：
000 = 0
001 = 1
010 = 2
011 = 3
100 = -4
101 = -3
110 = -2
111 = -1
如果我加1到3，结果会溢出-4，这与前两种方法不同。请注意，我们有一个稍大的值范围[-4,3]，只有一个表示为0.
两个补码可能是表示有符号值的最常用方法，但它不是唯一的，因此C标准无法保证溢出有符号整数类型时会发生什么。所以它留下行为 undefined ，因此编译器不必处理解释多个表示。
答案 2 :(得分：3)
未定义的行为来自早期的可移植性问题，当有符号整数类型可以表示为sign＆amp;幅度，一个补码或两个补码。
如今，所有架构都将整数表示为两个补码。但要小心：因为你的编译器认为你不会运行未定义的行为是正确的，所以当你进行优化时你可能会遇到奇怪的错误。
答案 3 :(得分：3)
在带符号的8位整数中，环绕的直观定义可能看起来像是从+127到-128 - 在二进制补码二进制中：0111111（127）和1000000（-128）。如您所见，这是递增二进制数据的自然进展 - 不考虑它表示整数，有符号或无符号。与直觉相反，当在无符号整数的环绕感中从-1（11111111）移动到0（00000000）时发生实际溢出。
这并没有回答更深层次的问题，即当有符号整数溢出时，正确的行为是什么，因为根据标准没有“正确”的行为。