C 在 short 和 int 之间转换的规则是什么？

Question

在使用 C 在 short 和 int 之间进行转换时，我感到很困惑。我假设 short 是 16 位，而 int 是 32 位。我用下面的代码进行了测试：

unsigned short a = 0xFFFF;
signed short b = 0xFFFF;

unsigned int u16tou32 = a;
unsigned int s16tou32 = b;
signed int u16tos32 = a;
signed int s16tos32 = b;

printf("%u %u %d %d\n", u16tou32, s16tou32, u16tou32, s16tou32);

我得到的是：

• u16tou32: 65535
• s16tou32: 4294967295
• u16tos32: 65535
• s16tos32：-1

我感到困惑的是 s16 到 u32 以及 u16 到 s32 之间的转换。似乎 s16 到 u32 正在做“符号扩展”，而 u16 到 s32 则没有。这背后的规律究竟是什么？这也依赖于实现吗？在 C 中进行这种类型的转换是否安全，或者我应该自己使用位操作以避免意外结果？

Answer 1

这里发生的情况是，参数的右侧首先从 16 位扩展到 32 位，并且仅在赋值时转换为左侧类型。这意味着如果右侧有符号，则在转换为 32 位时将进行符号扩展，同样，如果它是无符号的，则将仅补零。

如果你对你的转换很小心，那么应该不会有任何问题 - 但除非你正在做一些超级性能密集型的事情，否则额外的几个按位运算应该不会造成任何伤害。

另一方面，如果您在假设不同整数类型的特定位宽的情况下做任何事情，那么您真的应该明确并使用stdint.h 中定义的类型。我最近在将（其他人的）代码从 *nix 移植到 Windows 时对此有所了解，因为 Visual C++ 编译器使用的整数大小约定（LLP64）与我使用过的任何其他 x64 或 power-7 编译器不同（LP64）。简而言之，如果你想要 32 位，你最好用uint32_t 之类的类型明确地说出来。

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所以当这种转换发生在 C 中时，这将始终成立吗？由C标准定义？ – 六月

是的，它应该始终保持不变。 C99 标准中的相关引用（带链接）："The integer promotions preserve value including sign." 处理通常的算术类型转换时："... the integer promotions are performed on both operands. Then the following rules are applied to the promoted operands..."

Answer 2

每当整数类型被转换为不同的整数类型时，它都会通过标准规定的确定性弹球机规则，有时是实现。

价值限定的概述：

C99 6.3.1.1-p2

如果 int 可以表示原始类型的所有值（受宽度限制，对于位域），则该值将转换为 int；否则，它会被转换为 unsigned int。这些被称为整数促销。整数提升不会改变所有其他类型。

也就是说，让我们看看您的转化情况。 signed-short 到 unsigned int 包含在以下内容中，因为正在转换的 值 不在 unsigned int 域之外：

C99 6.3.1.3-p2

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。

这基本上意味着“添加 UINT_MAX+1”。在你的机器上，UINT_MAX 是 4294967295，因此，这变成了

-1 + 4294967295 + 1 = 4294967295

关于您的 unsigned short 到 signed int 的转换，这包含在常规的价值限定促销中。具体来说：

C99 6.3.1.3-p1

当整数类型的值转换为_Bool以外的其他整数类型时，如果该值可以用新的类型表示，则不变。

也就是说，因为你的unsigned short的值在signed int的覆盖范围内，所以没有什么特别的事情，只是简单地保存了值。

最后，正如上面一般评论中提到的，你的b声明发生了一些特别的事情

signed short b = 0xFFFF;

本例中的 0xFFFF 是有符号整数。十进制值为 65535。但是，该值无法由 signed short 表示，因此发生了另一次转换，您可能不知道：

C99 6.3.1.3-p3

否则，新类型是有符号的，值不能在其中表示；结果要么是实现定义的，要么引发实现定义的信号。

换句话说，您的实现选择将其存储为(-1)，但您不能将其依赖于不同的实现。

Answer 3

这是数字 65535 的无符号短表示：

unsigned short a = 0xFFFF;

这是数字 -1 的有符号短表示：

signed short b = 0xFFFF;

从 unsigned short 到 unsigned int 的简单提升，因此 u16tou32 是数字 65535 的 unsigned int 表示：

unsigned int u16tou32 = a;

b（值为 -1）被提升为 int。因此其十六进制表示为 0xFFFFFFFF。然后将其转换为无符号数，因此是数字 4294967295 的表示形式：

unsigned int s16tou32 = b;

从 unsigned short 提升到 unsigned int 的值为 65535。然后是有符号 int 的大小写，这也将是数字 65535 的表示：

signed int u16tos32 = a;

signed short 到signed int 的简单提升，所以s16tos32 也是数字-1 的表示：

signed int s16tos32 = b;

Answer 4

如问题所述，假设 16 位 short 和 32 位 int。

unsigned short a = 0xFFFF;

这会将a 初始化为0xFFFF 或65535。表达式0xFFFF 的类型为int；它被隐式转换为unsigned short，并保留该值。

signed short b = 0xFFFF;

这有点复杂。同样，0xFFFF 的类型为 int。它被隐式转换为signed short——但由于该值超出了signed short 的范围，因此转换无法保留该值。

整数到有符号整数类型的转换，当值无法表示时，会产生一个实现定义的值。原则上，b 的值可以是介于-32768 和+32767 之间的任何值。在实践中，几乎可以肯定是-1。我将假设该值为-1。

unsigned int u16tou32 = a;

a的值为0xFFFF，由unsigned short转换为unsigned int。转换保留了价值。

unsigned int s16tou32 = b;

b 的值为-1。它被转换为unsigned int，显然不能存储-1 的值。将整数转换为无符号整数类型（与转换为有符号类型不同）由语言定义；结果以MAX + 1 为模减少，其中MAX 是无符号类型的最大值。在这种情况下，s16tou32 中存储的值是UINT_MAX - 1，或0xFFFFFFFF。

signed int u16tos32 = a;

a、0xFFFF 的值转换为signed int。该值被保留。

signed int s16tos32 = b;

b、-1 的值转换为signed int。该值被保留。

所以存储的值是：

a == 0xFFFF (65535)
b == -1     (not guaranteed, but very likely)
u16tou32 == 0xFFFF (65535)
s16tou32 == 0xFFFFFFFF (4294967295)
u16tos32 == 0xFFFF (65535)
s16tos32 == -1

总结整数转换规则：

如果目标类型可以表示该值，则保留该值。

否则，如果目标类型是无符号的，则值以MAX+1为模减少，这相当于丢弃除低位N位之外的所有位。描述这一点的另一种方式是，值MAX+1 被重复地添加到值中或从值中减去，直到你得到一个范围内的结果（这实际上是 C 标准描述它的方式）。编译器实际上并不生成代码来执行这种重复的加法或减法。他们只需要得到正确的结果。

否则，目标类型是有符号的，不能表示值；转换产生一个实现定义的值。在几乎所有的实现中，结果使用二进制补码表示丢弃除低位 N 位之外的所有位。 （C99 为这种情况添加了一条规则，允许引发实现定义的信号。我不知道有任何编译器会这样做。）