当我混合有符号和无符号类型时会发生什么？答案

【问题标题】：what happens when i mix signed and unsigned types ?当我混合有符号和无符号类型时会发生什么？
【发布时间】：2014-09-01 15:32:30
【问题描述】：

我正在学习 C++ 语言，我对类型转换有些疑问，你能解释一下在这样的表达式中会发生什么吗：

unsigned int u = 10; 
int a = -42; 
std::cout << u - a << std::endl;

在这里我知道，如果我在有两个数学运算符时应用规则，结果将是 52。但我想知道当编译器将 a 转换为无符号值时会创建一个无符号类型的临时值时会发生什么，之后会发生什么？现在的表达式应该是 10 -4294967254。

【问题讨论】：

@dandan78 我想了解编译器是如何在底层工作的
@dandan78：有时这可能很幼稚；特别是如果计算的任何方面未定义。
第 1 步：获得一份 C++ 或 C 标准（最新草案免费）并检查。第 2 步：您决定永远无法记住规则并避免将来发生此类事情。
@gnasher729：+1，确实是个好建议。
@dandan78：C/C++ 用户的每 10 个误解中，大约有 9 个源于尝试、看到然后误解所看到的内容。

标签： c++ expression unsigned built-in-types

【解决方案1】：

简单来说，如果你混合相同等级的类型（按int、long int、long long int 的顺序），无符号类型“获胜”，并且在该无符号类型中执行计算。结果是相同的无符号类型。

如果您混合不同等级的类型，则较高等级的类型“获胜”，如果它可以代表较低等级类型的所有值。计算是在该类型中执行的。结果就是那种类型。

最后，如果高位类型不能代表低位类型的所有值，则使用高位类型的无符号版本。结果就是那种类型。

在您的情况下，您混合了相同等级的类型（int 和 unsigned int），这意味着整个表达式在 unsigned int 类型内进行评估。正如您正确陈述的那样，表达式现在是 10 - 4294967254（对于 32 位 int）。无符号类型遵循以2^32 (4294967296) 作为模数的模运算规则。如果你仔细计算结果（可以算术表示为10 - 4294967254 + 4294967296），它会变成预期的52。

【讨论】：

对不起，我迷失了自己，当表达式变为：unsigned inttemporary = 10 - 4294967254（好的，我明白了）但我不明白为什么表达式变为 10 - 4294967254 + 4294967296（为什么您将模算术添加到表达式中？）。
@Piero Borrelli：计算modulo N 等效于负值V 的一种方法是根据需要多次添加N（V + N、V + 2N、 V + 3N 等等），直到你达到第一个非负值。在 C++ 加法运算的情况下，数学上的负数结果只需将模值相加一次即可得到正确的无符号结果。
@Piero Borrelli：当然，这是一个纯粹的算术规则。编译器不必做这样的事情。它根本不必担心。如果负值通过 2 的补码表示，则将该表示简单地重新解释为无符号表示立即提供正确的结果。
你能定义你所说的“排名”吗？ C++ 不以这种方式使用排名，这使得这个答案充其量是模棱两可的，最坏的情况是荒谬的。
@Adrian：实际上，确实如此。我指的是 整数转换等级 的概念，因为它用于描述通常的算术转换。我的回答中的描述不是标准的确切引用，因为它旨在针对原始问题中u - a 的特定情况进行定制。

【解决方案2】：

1) 由于标准提升规则，signed 类型 a 在减法之前被提升为 unsigned 类型。该提升是根据此规则（C++ 标准 4.7/2）进行的：

如果目标类型是无符号的，则结果值是最小的与源整数一致的无符号整数（模 2n，其中 n 为用于表示无符号类型的位数）。

代数上a 成为一个非常大的正数并且肯定大于u。

2) u - a 是一个匿名临时变量，将是一个 unsigned 类型。（您可以通过编写auto t = u - a 并在调试器中检查t 的类型来验证这一点。）从数学上讲，这将是一个负数，但在隐式转换为无符号类型时，会调用类似于上述的环绕规则。

简而言之，这两个转换操作的效果相等且相反，结果为 52。在实践中，编译器可能会优化所有这些转换。

【讨论】：

【解决方案3】：

下面是反汇编代码：

它首先将-42 设置为其补码并执行子操作。所以结果是10 + 42 0x0000000000400835 <+8>: movl $0xa,-0xc(%rbp) 0x000000000040083c <+15>: movl $0xffffffd6,-0x8(%rbp) 0x0000000000400843 <+22>: mov -0x8(%rbp),%eax 0x0000000000400846 <+25>: mov -0xc(%rbp),%edx 0x0000000000400849 <+28>: sub %eax,%edx 0x000000000040084b <+30>: mov %edx,%eax

【讨论】：

在一般情况下，反汇编代码不能作为理解语言级语义的有意义的来源。代码生成是单向功能。不可能“追溯”。即通过查看生成的代码来弄清楚编译器实际上试图做什么。
感谢您的评论。