Question

由于在C中定义转换和操作的方式，使用有符号或无符号变量似乎很少：

uint8_t u; int8_t i;

u = -3;    i = -3;
u *= 2;    i *= 2;
u += 15;   i += 15;
u >>= 2;   i >>= 2;

printf("%u",u); // -> 2
printf("%u",i); // -> 2

那么，是否有一套规则可以告诉变量的符号在哪些条件下确实有所作为？

Answer 1

在这些情况下很重要：

除法和模数：-2/2 = 1，-2u/2 = UINT_MAX/2-1，-3%4 = -3，-3u%4 = 1
移。对于负的有符号值，>>和<<的结果是实现定义或未定义的，resp。对于无符号值，始终定义它们。
关系-2 < 0，-2u > 0
溢出。编译器可假定x+1 > x始终为真 iff x具有签名类型。

Answer 2

是。签名将影响C中的大于和小于运算符的结果。请考虑以下代码：

unsigned int a = -5;
unsigned int b = 7;

if (a < b)
    printf("Less");
else
    printf("More");

在此示例中，“More”输出不正确，因为编译器将-5转换为非常高的正数。

这也会影响您使用不同大小的变量进行算术运算。再次考虑这个例子：

unsigned char a = -5;
signed short b = 12;

printf("%d", a+b);

返回的结果是 263，不是预期的7.这是因为-5实际上被编译器视为251。溢出使您的操作对于相同大小的变量正常工作，但是在扩展时，编译器不会扩展无符号变量的符号位，因此它将它们视为在较大空间中的原始正表示。研究two's compliment的工作原理，你会看到这个结果的来源。

Answer 3

它会影响您可以存储在变量中的值范围。

Answer 4

主要是相关的。

printf("%d", (u-3) < 0); // -> 0
printf("%d", (i-3) < 0); // -> 1

Answer 5

无符号整数上的溢出只是环绕。在签名值上，这是未定义的行为，一切都会发生。

Answer 6

2的补数的签名只是你解释数字的问题。想象一下3位数字：

如果你认为000为零，而数字对于人类来说是自然的，你可以这样解释：

这称为“无符号整数”。您将所有内容视为大于/等于零的数字。

现在，如果你想让一些数字为负数怎么办？好吧，2的补充来救援。大多数人都知道2的补码只是一个公式，但实际上它只是一致的模2 ^ n其中n是你数字中的位数。

让我举几个一致性的例子：

2 = 5 = 8 = -1 = -4 module 3
-2 = 6 = 14 module 8

现在，为了方便起见，我们假设您决定将数字的最左边一位作为其符号。所以你想拥有：

000: 0
001: positive
010: positive
011: positive
100: negative
101: negative
110: negative
111: negative

查看您的数字全等模2 ^ 3（= 8），您知道：

4 = -4
5 = -3
6 = -2
7 = -1

因此，您将数字视为：

000: 0
001: 1
010: 2
011: 3
100: -4
101: -3
110: -2
111: -1

如您所见，-3和5（例如）的实际位是相同的（如果数字有3位）。因此，撰写x = -3或x = 5可以获得相同的结果。

解释数字全等模2 ^ n还有其他好处。如果你总结2个数字，一个负数和一个正数，它可能会在纸上发生，你有一个被丢弃的进位，但结果仍然是正确的。为什么？那个进位是2 ^ n，它与0 modulo 2 ^ n一致！这不方便吗？

溢出也是一致性的另一种情况。在我们的例子中，如果你将两个无符号数字5和6相加，你得到3，实际上是11。

那么，为什么要使用signed和unsigned？对于CPU来说，实际上差别很小。但是你：

如果数字有n位，则无符号表示0到2 ^ n-1
如果数字有n位，则signed表示从-2 ^（n-1）到2 ^（n-1）-1

因此，例如，如果将-1分配给无符号数，则与为其分配2 ^ n-1相同。

根据您的示例，这正是您正在做的事情。你正在为一个uint8_t分配-3，这是非法的，但就CPU而言，你正在为它分配253。然后所有其余的操作对于两种类型都是相同的，并且最终得到相同的结果。

但有一点是你的例子未命中。在签名号码上的运营商>>在转移时扩展了标志。由于你的两个操作的结果在转移前都是9，你不会注意到这一点。如果您没有+15，那么i中有-6，u中有250，>> 2 -2会导致i （如果使用％u，254打印）和u中的62。（有关一些技术细节，请参阅下面的Peter Cordes的评论）

为了更好地理解这一点，请以此为例：

  (signed)101011 (-21) >> 3 ----> 111101 (-3)
(unsigned)101011 ( 43) >> 3 ----> 000101 ( 5)

如果你注意到，楼层（-21/8）实际上是-3而楼层（43/8）是5.但是，-3和5不相等（并且不是全等模64（64因为有6）比特））

什么时候整数的符号真的重要？

6 个答案: