Question

对于unsigned char来说，我有点困惑。有符号的char是以bit形式表示的char吗？一个示例问题让我们向右旋转n位位置，使用此解决方案的无符号字符的位：

unsigned char rotate(unsigned char x, int n) {
    unsigned char temp = x << 8 - n;
    x = x >> n;
    return (x | temp);
}

如果有人能用char示例及其各自的位来解释，我们将不胜感激。非常感谢。

Answer 1

signed char，char和unsigned char都是整数类型。为简单起见，我假设CHAR_BIT为8，签名类型为2的补码。所以：

signed char是-128到+127
unsigned char是一个0到255之间的数字
char与signed char的范围相同，或与unsigned char的范围相同，具体取决于您的C实施。

就C而言，字符只是char类型范围内的数字（尽管tolower等各种字符函数都要求将值转换为无符号类型。即使char已签名，也可以使用。

因此，signed char和unsigned char是两种形式的字符表示形式。对于0到+127范围内的数字，它们都使用相同的表示（只有一种方法来表示二进制中的正数）。对于该范围之外的数字，负数n的带符号表示与n + 256的无符号表示（2的补码的定义）相同。

此代码使用unsigned char的原因是具有负签名值的右移具有实现定义的结果。具有负签名值的左移具有未定义行为。通常左移的行为与无符号值的行为相同，这是正常的，但是右移在左侧插入值为1，即所谓的“算术移位”，这不是这里所需要的。无符号值总是以零移动，并且它是零的移位，这使得代码可以构建旋转结果的两个部分，或者它们一起构建。

因此，假设输入值为x = 254（11111110），且n = 1，我们得到：

x << 7 is 0111111100000000
x >> 1 is         01111111
|      is 0111111101111111
convert to unsigned char to return is 01111111

如果我们使用签名类型而不是unsigned char，我们很可能会得到：

x is -2                           11111110
x << 7 is 11111111111111111111111100000000 (assuming 32-bit int, since
           smaller types are always promoted to int for arithmetic ops)
x >> 1 is implementation-defined, possibly 
          11111111111111111111111111111111
| is      11111111111111111111111111111111
convert to signed char to return is -1

因此，使用unsigned char进行位操作会得到正确的答案，旋转1位将0从结尾移动到开始。使用signed char进行位操作可能会产生错误的结果，如果负的有符号值执行逻辑右移，可能会给出正确的结果，但是在非常不寻常的实现上可以做任何事情。

几乎总是像旋转这样的位操作任务，你想要使用无符号类型。它消除了实现依赖性（除了类型的宽度），并避免你必须分别推断负值和非负值。

Answer 2

将变量声明为unsigned char告诉编译器将基础位模式视为从0（00000000）到255（11111111）的数字。将其声明为char告诉编译器将two's complement应用于基础位模式，并将其视为从-128（10000000）到127（01111111）的数字。

考虑一个3位数字。如果它是未签名的，您有：

如果签名，您有：

关于算术（这个链接提及）的简洁之处在于，您不必以无符号的方式处理有符号的二进制数。您只需执行实际的二进制数学，而无需考虑签名或未签名。但您必须将有符号/无符号解释应用于输入和输出。

在签名领域你可能有：

2 + (-3) = 010 + 101 = 111 = -1

但在无符号领域，这是：

2 + 5 = 010 + 101 = 111 = 7

因此，所有这些都是解释的问题，因为在两种情况下都会添加实际位图并且总和的位模式相同。

Answer 3

unsigned char只是一个8位整数类型，可以取0到255之间的值，而signed char可以取-127到128之间的值。在实际的机器码中没有真正的区别，除了一个：您使用＆gt;＆gt;对签名类型进行右移（可以是char，short或int）它是作为算术移位执行的，意味着对于负值（其中1为MSB），1移入，而不是0，并且上述代码将不会按预期工作。

编辑：上面的代码示例，将有符号和无符号的无符号字符旋转3位：

00110101旋转无符号且签名为10100110。

但是对于前面1的数字，你得到一个算术移位，因此

11010001旋转无符号为00111010 11010001旋转签名是11111010。

unsigned char旋转

3 个答案: