C 中的无符号和有符号值（输出）答案

【问题标题】：Unsigned and Signed Values in C (Output)C 中的无符号和有符号值（输出）
【发布时间】：2011-04-09 18:49:11
【问题描述】：

signed int x = -5;
unsigned int y = x;

y 的值是多少？这是怎么回事？

【问题讨论】：

当你尝试这个时，你看到了什么？
@KennyTM，未定义实现；从 unsigned int 转换为无法表示它的有符号 int 是实现定义的，但反过来 (signed -> unsigned) 是明确定义的。
@bdonlan: UINT_MAX 是实现定义。
@KennyTM：请修正严重错误的评论。我不敢相信它得到了+3票。有没有管理员能解决这个问题？
@Steve Jessop：根据标准，答案是 UINT_MAX - 4。UINT_MAX 是实现定义的。有一个直接的答案，但数字的答案是实现定义的。

标签： c unsigned signed

【解决方案1】：

y=0xfffffffb 它是-5（二进制补码）的二进制表示

【讨论】：

结果不依赖于任何“二进制表示”。结果取决于语言标准的要求。在这种情况下，标准相当明确。
@AndreyT。公平地说，虽然没有这样说，但 2 的补码 -> 无符号转换确实会导致相同的位模式（我认为 C++ 标准顺便提到了这一点，不记得 C 标准是否这样做了）。 Philibert 的描述等同于标准中的定义：您可以通过计算带符号值的 2 的补码表示来转换有符号 -> 无符号，然后将其作为无符号值读取。他从未说过实现实际上是这样做的（尽管毫无疑问 2 的补码实现会这样做）。
@Steve Jessop：嗯，它不等同于标准中的定义，至少因为标准定义不限于相同大小的类型之间的转换，而“相同表示”的方法是仅在尺寸相同时适用。
@AndreyT：是的，它只对被问及的案例等效，根本不涉及其他案例。我更担心int 是 32 位的假设。

【解决方案2】：

这取决于unsigned int 的最大值。通常，unsigned int 是 32 位长，所以 UINT_MAX 是 2³² - 1。C 标准（第 6.3.1.3/2 节）要求执行有符号 → 无符号转换

否则，如果新类型是无符号的，则在新类型可以表示的最大值的基础上反复加减一，直到该值在新类型的范围内。

因此 y = x + ((2³² - 1) + 1) = 2³² - 5 = 4294967291。

在2's complement 平台中，现在大多数实现是，y 也与x 的 2 的补码表示相同。

-5 = ~5 + 1 = 0xFFFFFFFA + 1 = 0xFFFFFFFB = 4294967291。

【讨论】：

【解决方案3】：

y的值为UINT_MAX - 5 + 1，即UINT_MAX - 4。

当您将有符号整数值转换为无符号类型时，该值以 2^N 为模减少，其中 N 是无符号类型中值形成位的数量。这适用于负符号和正符号值。

如果您从有符号类型转换为相同大小的无符号类型，则上述表示正符号值保持不变（例如，+5 被转换为 5）而负值被添加到 MAX + 1 ，其中MAX 是无符号类型的最大值（-5 被转换为MAX + 1 - 5）。

【讨论】：

【解决方案4】：

来自 C99 标准：

6.3.1.3 有符号和无符号整数

当整数类型的值转换为另一种整数类型时除了 _Bool，如果该值可以用新类型表示，它是不变的。

否则，如果新类型是无符号的，则值转换为反复添加或比可以表示的最大值减一在新类型直到值在新类型的范围内。 49）

49) 规则描述的是数学值的算术运算，而不是给定类型表达式的值。

因此，您将有效地查看y = x + UINT_MAX + 1。

这恰好意味着二进制补码表示形式不变地用作无符号整数，这在大多数现代计算机上非常快，因为它们使用二进制补码表示有符号整数。

【讨论】：

你少了一个：UINT_MAX 是 2^N-1。
不完全正确。正确的公式是y = x + UINT_MAX - 1。
@AndreyT：其实正确的公式是y = x + UINT_MAX + 1。
@Jens @KennyTM，确实，已修复

【解决方案5】：

签名值通常存储为two's complement：

二进制补码是一种将负数编码为普通二进制的方法，这样加法仍然有效。加 -1 + 1 应该等于 0，但普通加法会给出 2 或 -2 的结果，除非该操作特别注意符号位并改为执行减法。无需这个额外步骤，二进制补码就能得到正确的和。

这意味着数字 -5 和 4294967291 在内存中的实际表示（对于 32 位字）是相同的，例如：0xFFFFFFFB 或 0b11111111111111111111111111111011。所以当你这样做时：

unsigned int y = x;

x 的内容被逐字复制，即按位复制到y。这意味着如果您检查内存中x 和y 的原始值，它们将是相同的。但是，如果你这样做：

unsigned long long y1 = x;

x 的值将在转换为无符号长整型之前进行符号扩展。在 long long 为 64 位的常见情况下，这意味着 y1 等于 0xFFFFFFFFFFFFFFFB。

重要的是要注意转换为更大的类型时会发生什么。转换为更大有符号值的有符号值将被符号扩展。如果源值是无符号的，则不会发生这种情况，例如：

unsigned int z = y + 5;
long long z1 = (long long)x + 5; // sign extended since x is signed
long long z2 = (long long)y + 5; // not sign extended since y is unsigned

z 和 z1 将等于 0，但 z2 不会。这可以通过在扩展它之前将值强制转换为已签名来解决：

long long z3 = (long long)(signed int)y + 5;

或者如果您不希望出现符号扩展，则以此类推：

long long z4 = (long long)(unsigned int)x;

【讨论】：

但问题是关于转换为 unsigned 类型。然而，在答案中，您只提到了对 signed 类型的转换。
我不敢苟同，尽管我确实将我的回应集中在转换为有符号类型上，因为那里有龙。我也不认为我的回答值得反对，但我有偏见。
+1：表示“二进制补码”，即使实际上 C99 的回避措辞给出的定义也适用于使用 BCD 的编译器。我想知道这样的 C 编译器是否存在，直到被证明是错误的，我相信所有当前存在的 C 编译器都使用二进制补码。