为什么在 char 变量中存储 255 在 C 中给出它的值 -1？答案

【问题标题】：Why stores 255 in a char variable give its value -1 in C?为什么在 char 变量中存储 255 在 C 中给出它的值 -1？
【发布时间】：2012-05-03 02:36:02
【问题描述】：

我在看一本C书，有一段作者提到的文字：

“if ch (a char variable) is a signed type, then storing 255 in the ch variable gives it the value -1”。

谁能详细说明一下？

【问题讨论】：

而您从未想过只查找签名字符的表示形式是什么？
@tbert：您没有阅读我对最高投票答案的评论。我开始在 c 中寻找东西，我的问题值得一票否决？
在明确提供答案后您仍然感到困惑？可能。

标签： c char signed

【解决方案1】：

假设 8 位 chars，这实际上是实现定义的行为。值 255 不能表示为带符号的 8 位整数。

但是，大多数实现只是存储位模式，对于 255，位模式是 0xFF。使用二进制补码解释，作为有符号 8 位整数，即-1 的位模式。在一个罕见的补码架构上，这将是负零的位模式或带有符号和大小的陷阱表示，它将是-127。

如果两个假设（有符号性和 8 位 chars）中的任何一个不成立，则该值将是¹ 255，因为 255 可以表示为无符号 8 位整数或有符号（或无符号） 8位以上的整数。

¹ 标准保证CHAR_BIT 至少为8，可能更大。

【讨论】：

请注意，char 也可能是无符号位或超过 8 位，在这种情况下，实际上是 255
是的。 OP 引用的文本中假设了签名，我特别提到了 8 位 chars 的额外假设。但是，我应该在答案中明确提及其他可能性。谢谢提醒。
我还是迷路了。我知道 255 不能用有符号字符表示，因为有一位为符号保留。在那种情况下，为什么编译器只是像许多其他人一样给我们未定义的行为？为什么这里涉及到二进制补码？（我已经知道二进制补码是如何工作的）

【解决方案2】：

试试十进制。假设我们只能有 3 位数字。所以我们的无符号范围是 0 - 999。

让我们看看 999 是否真的可以表现为 -1（有符号）：

42 + 999 = 1041

因为我们只能有 3 位，所以我们去掉了最高位（进位）：

041 = 42 - 1

这是适用于任何数字基数的一般规则。

【讨论】：

你的意思是 042 = 41 - 1 或 041 = 42 - 1

【解决方案3】：

这不是保证行为。引用 ANSI/ISO/IEC 9899:1999 §6.3.1.3（在有符号和无符号整数之间转换）第 3 条：

Otherwise, the new type is signed and the value cannot be represented in it;
either the result is implementation-deﬁned or an implementation-deﬁned signal
is raised.

我会将按位/2 的补码解释留给其他答案，但符合标准的 signed chars 甚至不能保证太小而不能容纳 255；它们可能工作得很好（给出值 255。）

【讨论】：

【解决方案4】：

这就是二进制补码的工作原理。阅读所有相关信息here。

【讨论】：

我知道补码是如何工作的。但我在这里看不到任何关系。请您进一步解释一下吗？

【解决方案5】：

您在其他消息中有经典的解释。我给你一个规则：

在大小为 n 的有符号类型中，MSB 的存在设置为 1，必须解释为 -2^(n-1)。

对于这个具体问题，假设 char 的大小为 8 位长度（1 个字节），255 到二进制等于：

1*2^(7) +  
1*2^(6) + 
1*2^(5) + 
1*2^(4) + 
1*2^(3) + 
1*2^(2) + 
1*2^(1) + 
1*2^(0) = 255

255 equivalent to 1 1 1 1 1 1 1 1.

对于 unsigned char，你得到 255，但如果你处理的是 char（与signed char 相同），MSB 代表一个负数：

-1*2^(7) +  
1*2^(6) + 
1*2^(5) + 
1*2^(4) + 
1*2^(3) + 
1*2^(2) + 
1*2^(1) + 
1*2^(0) = -1

【讨论】：