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C中的无符号数和有符号数详解

原创|其它|编辑：郝浩|2010-01-08 13:31:22.000|阅读 648 次

概述：无符号数和有符号数是不能进行比较运算的，否则可能会出现意想不到的错误，且极难检查出来!

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　　无符号数和有符号数是不能进行比较运算的，否则可能会出现意想不到的错误，且极难检查出来!

　　首先肯几个例子(假设在32位的机器上)：

　 1 1. 0 == 0U
　　2 2. -1 < 0U (注： 0是无符号的)
　　3 3. 2147483647U > -2147483647 - 1
　　4 4. 2147483647 > (int) 2147483648U

　　结果如下：

　 1 1. 1
　　2 2. 0 *
　　3 3. 0 *
　　4 4. 1 *

　　从结果中可以看出，2 3 4都不是我们想像中的结果。在C语言中，当一个无符号数和一个有符号数进行比较运算时，有符号数会被隐含的转换成无符号数，并假设这两个数都是非负数，然后进行比较运算。当把一个有符号数转换成无符号数时，其底层的二进制表示没有改变，仅仅是对其进行了不同的解释。这样，由于这两个原因就会出现上面的结果。

　　首先分析一下2：

　　-1的二进制补码表示是32个1。而0U的二进制补码表示是32个0.在比较的时候，-1被当做无符号数，也就是把32个1当做无符号数和32个0的无符号数比较，显然，32个1要大于32个0.所以，2的结果是1.

　　再看看3,-2147483647的二进制补码表示是1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000, -1的补码表示是32个1,两个相加，也就是补码异或，得到0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111，这个结果是溢出的。由于前一个的操作数是无符号数，因此，前面的计算结果被当做无符号数来处理，因此，这两个数是相等的。所以结果是0.对于4,2147483648U被转换成有符号数是-1,所以4的结果是1.

　　从上面可以看出，无符号数和有符号数在进行比较的时候，如果数值在边界上，则很容易出错。

　　看下面的一段程序：

　 1 float sum(float a[], unsigned int len)
　　2 {
　　3 int i;
　　4 float r = 0.0;
　　5 for (i = 0; i <= len - 1; ++i)
　　6 {
　　7 r += a[i];
　　8 }
　　9 return r;
　　10 }

　　如果len为0,那么这段代码将不会返回0.0。而是段错误。

　　另外，当在无符号数和有符号数之间进行类型转换时，不同的转换顺序会得到不同的结果。如：

　 1
　　2 unsigned x = 0xFFFF;
　　3 (int) ((word << 24) >> 24);
　　4 ((int) word << 24) >> 24;

　　第一个表达式的结果是0xFF，而第二个是0xFFFFFFFF.原因是第一个表达式的右移运算高位补0,而第二个右移运算高位补1.

　　测试代码：

　 1 #include
　　2 #include
　　3 float sum(float a[], unsigned int len)
　　4 {
　　5 int i;
　　6 float r = 0.0;
　　7 for(i = 0; i <= len - 1; ++i)
　　8 {
　　9 r += a[i];
　　10 }
　　11
　　12 return r;
　　13 }
　　14
　　15 int main()
　　16 {
　　17 printf("-1 < 0U : %s\n", (-1 < 0U) ? "true" : "false");
　　18 printf("2147483647U > -2147483647 - 1 : %s\n", ( 2147483647U > -2147483647 - 1) ? "true" : "false");
　　19 printf("2147483647 > (int)2147483648U : %s\n", ( 2147483647 > (int)2147483648U) ? "true" : "false");
　　20
　　21 unsigned w = 0xFFFF;
　　22 printf("(int) ((w << 24) >> 24) = %x\n", (int) ((w << 24) >> 24));
　　23 printf("((int)(w << 24)) >> 24 = %x\n", ((int)(w << 24)) >> 24);
　　24
　　25 float a[1];
　　26 printf("sum %f\n", sum(a, 0));
　　27 return 0;
　　28 }

　　运行结果：

　 1 hcy@hcy-desktop:~$ ./a.out
　　2 -1 < 0U : false
　　3 2147483647U > -2147483647 - 1 : false
　　4 2147483647 > (int)2147483648U : true
　　5 (int) ((w << 24) >> 24) = ff
　　6 ((int)(w << 24)) >> 24 = ffffffff
　　7 段错误

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