值与类型：确定变量是否签名的代码

Question

我在论坛中遇到了这个问题。答案是这样的：

#define ISUNSIGNED(a) (a >= 0 && ~a >= 0) 

//Alternatively, assuming the argument is to be a type, one answer would use type casts: 

#define ISUNSIGNED(type) ((type)0 - 1 > 0)

我对此有几个问题。为什么我们需要检查~a >= 0？第二种解决方案是什么？我不明白这句话：“argument is to be a type”。更重要的是，作者指出第一个 #define 在 ANSI C 中不起作用（但在 K&R C 中起作用）。为什么不呢？

Answer 1

#define ISUNSIGNED(a) (a >= 0 && ~a >= 0) 

对于正数的有符号值，a >= 0 将为真（显然）而~a >= 0 将为假，因为我们已经翻转了位，因此现在设置了符号位，从而产生负值。因此整个表达式为假。

对于一个负数的有符号值，a >= 0 将是假的（很明显）并且表达式的其余部分不会被计算；表达式的总体结果为假。

对于无符号值，a >= 0 将始终为真（显然，因为无符号值不能为负）。如果我们翻转这些位，那么~a >= 0 也是如此，因为即使最高有效位（符号位）设置为 1，它仍然被视为正值。

因此，如果原始值及其按位倒数都是正数，即它是无符号值，则表达式返回 true。

#define ISUNSIGNED(type) ((type)0 - 1 > 0)

这将使用类型而不是值来调用：例如 ISUNSIGNED(int) 或 ISUNSIGNED(unsigned int)。

对于int，代码扩展为

((int)0 - 1 > 0)  

这是错误的，因为-1 不大于0。

对于unsigned int，代码扩展为

((unsigned int)0 - 1 > 0) 

表达式中带符号的1 和0 文字被提升为unsigned 以匹配第一个0，因此整个表达式被评估为无符号比较。 0 - 1 在无符号算术中会回绕，产生最大可能的无符号值（所有位都设置为 1），大于 0，因此结果为真。

至于为什么它可以与 K&R C 而不是 ANSI C 一起工作，也许this article 可以提供一些启示：

当 unsigned char 或 unsigned short 被加宽时，结果类型为 int 如果一个 int 大到足以表示 较小的类型。否则，结果类型为 unsigned int。价值 对于大多数人来说，保留规则会产生最不意外的算术结果 表达式。

我猜这意味着当比较 unsigned short 和 0 时，例如，无符号值将转换为 signed int，这会破坏宏的行为。

您可以通过使用 (a-a) 来解决这个问题，它的计算结果是适当的有符号或无符号零，而不是总是有符号的文字 0。

Answer 2

对于第一个宏：如果一个值是正数 (>= 0)，它的按位否定在 2-补码中必须是负数，如果它是 singed。无符号值将保持为正数：

~64 == -65 (signed)
~64 == 191 (unsigneD)

第二个：如果你将一个类型传递给 marco，它会检查这个类型是否可以保存单值。对于singed 类型，0-1 == -1，对于unsigned，它是一个正值：

(char) 0-1 == -1
(unsigned char) 0-1 == 255

Answer 3

~a >= 0 的检查依赖于翻转有符号位。逻辑如下：

• 如果数字为负数，则不能无符号，所以a >= 0返回false。
• 如果是正数，它要么是有符号的，要么是无符号的。
• 如果这是无符号的，应用~ a 将产生最大的无符号值 - a，仍然是一个正的无符号数。
• 如果有符号，符号位将被取反，产生一个负值。

事实上，我认为a >= 0 && ~a >= 0 并且仍然是数字签名可能是真的。这是因为可能存在负零。特别是，对于一个补码，一个全为零的值表示0，而取反的表示（全为 1）将是负 0（或陷阱表示）。

还有整数提升的问题：

如果一个int可以表示原始类型的所有值，则将该值转换为一个int；否则，它将转换为无符号整数。这些被称为整数促销。整数提升不会改变所有其他类型。

整数提升适用于“具有整数类型的对象或表达式，其整数转换等级小于或等于 int 和 unsigned int 的等级”和“[a] _Bool、int、signed int 类型的位字段，或无符号整数。”它们与一元运算符 ~ 和“通常的算术转换”一起使用，其中包含第一次比较，因此它们适用于此。

因此unsigned char 将被提升为int，因此在最初未签名时已签名。

例如，这将给出错误的结果：

#include<stdio.h>
#define ISUNSIGNED(a) (a >= 0 && ~a >= 0)
void main(void) {
    unsigned char uc = 8;
    printf("%d", ISUNSIGNED(uc));
}

Answer 4

位翻转的技巧很可爱，但如果您想知道某事物的符号性，还有更直接的方法可以做到。签名是类型的属性，而不是值。要确定变量是否已签名，您可以询问编译器 -1（转换为该类型）是否小于 0，如下所示：

#define issigned(t) (((t)(-1)) < 0)

如果您想知道特定变量的这一点，可以向编译器询问该变量的类型：

issigned(typeof(v))

Answer 5

问题中提出的答案(a >= 0 && ~a >= 0) 很糟糕，因为它取决于整数表示，特别是如果a 是带符号类型的0，它在反码中不起作用。这是一种正确的、可移植的做事方式。

首先，如果T是整数类型，可以使用如下宏：

#define ISUNSIGNED(T) ((T) -1 > 0)

因此，对于有值作为参数的版本，如果值a的类型至少是int（避免整数提升，可能会改变类型的符号），下面的宏可以使用：

#define ISUNSIGNED(a) (0*(a) - 1 > 0)

它不依赖于整数的表示，因此它与 ISO C 标准允许的所有整数表示（二进制补码、二进制补码和符号幅度）兼容。

Answer 6

第一个#define 作用于变量名。第二个#define 作用于类型名称。 （显然，如果您打算在同一个程序中同时使用两者，则必须给它们起不同的名称。）

我不知道为什么两者都不能与 ANSI C 一起使用。