C: gcc 中的 uint16_t 减法行为

Question

我正在尝试减去两个无符号整数并将结果与​​有符号整数（或文字）进行比较。使用 unsigned int 类型时，行为符合预期。当使用uint16_t（来自stdint.h）类型时，行为不是我所期望的。比较是使用 gcc 4.5 完成的。
给定以下代码：

unsigned int a;
unsigned int b;

a = 5;
b = 20;

printf("%u\n", (a-b) < 10);

输出为 0，这是我的预期。 a 和 b 都是无符号的，并且 b 大于 a，所以结果是一个大于 10 的大无符号数。现在如果我将 a 和 b 更改为 uint16_t：

uint16_t a;
uint16_t b;

a = 5;
b = 20;

printf("%u\n", (a-b) < 10);

输出为 1。这是为什么呢？两个 uint16_t 类型之间的减法结果是否存储在 gcc 的 int 中？如果我将10 更改为10U，则输出再次为 0，这似乎支持这一点（如果减法结果存储为 int 并且与 unsigned int 进行比较，则减法结果将转换为无符号整数）。

Answer 1

因为计算不是使用 int / unsigned int 以下的类型（char、short、unsigned short 等；但不是 long、unsigned long 等），但它们首先被提升为 int 或 unsigned int 之一。 “uint16_t”在您的实现中可能是“unsigned short”，在您的实现中提升为“int”。所以计算的结果是“-15”，小于 10。

在使用 16 位计算的旧实现中，“int”可能无法表示“unsigned short”的所有值，因为它们具有相同的位宽。这样的实现必须将“unsigned short”提升为“unsigned int”。在此类实现中，您的比较结果为“0”。

Answer 2

在执行- 和< 操作之前，会应用一组称为常规算术转换 的转换来将操作数转换为通用类型。作为此过程的一部分，将应用整数提升，它将比int 或unsigned int 更窄的类型提升为这两种类型之一。

在第一种情况下，a 和 b 的类型是 unsigned int，因此由于 - 运算符而不会发生类型更改 - 结果是具有较大正值 @ 的 unsigned int 987654330@。然后，因为int和unsigned int具有相同的rank，10类型为int的值被转换为unsigned int，然后进行比较得到值0。

在第二种情况下，很明显，在您的实现中，int 类型可以保存uint16_t 类型的所有值。这意味着当应用整数提升时，a 和 b 的值将提升为类型 int。执行减法运算，得到类型为int 的值-15。 < 的两个操作数都已经是 int，因此不执行任何转换； < 的结果是 1。

在后一种情况下使用10U 时，a - b 的结果仍然是-15，类型为int。然而，现在，通常的算术转换导致该值被转换为unsigned int（就像第一个示例中的10），这导致值UINT_MAX - 14； < 的结果是 0。