为什么固定宽度无符号整数的输出为负，而无符号整数输出按预期环绕？答案

【问题标题】：Why is the output of fixed width unsigned integer negative while unsigned integer output wraps around as expected?为什么固定宽度无符号整数的输出为负，而无符号整数输出按预期环绕？
【发布时间】：2020-04-06 09:02:58
【问题描述】：

#include <iostream>

#define TRY_INT

void testRun() 
{
    #ifdef TRY_INT          //test with unsigned
    unsigned int value1{1}; //define some unsigned variables
    unsigned int value2{1};
    unsigned int value3{2};
    #else                   //test with fixed width
    uint16_t value1{1};     //define fixed width unsigned variables
    uint16_t value2{1};
    uint16_t value3{2};

    #endif

    if ( value1 > value2 - value3 )
    {
        std::cout << value1 << " is bigger than: " << value2 - value3 << "\n";
    }
    else
    {
        std::cout << value1 << " is smaller than: " << value2 - value3 << "\n";
    }

}

int main()
{
    testRun();

    return 0;
}

我得到无符号整数：

1 is smaller than: 4294967295

固定宽度的无符号整数，输出为：

1 is smaller than: -1

我的期望是它也会环绕，这与 std::cout 有关系吗？

【问题讨论】：

-1 的位表示（2 补码）是什么？
@RichardCritten, 0xFFFFFFFF?

标签： c++ unsigned-integer

【解决方案1】：

我猜是整体推广造成的。引用表格cppreference:

...算术运算符不接受小于 int 的类型作为参数，并且在左值到右值转换后自动应用整数提升（如果适用）。

unsigned char、char8_t（C++20 起）或unsigned short如果可以保持其整个值范围，则可以转换为int...

因此，如果uint16_t 只是您实现中unsigned short 的别名，则value2 - value3 使用int 类型计算，结果也是int，这就是显示-1 的原因。

对于unsigned int，不应用提升，整个计算都在这种类型中进行。

最新在线C++草稿，见[conv.prom/1]：

除bool、char16_t、char32_t 或wchar_t 以外的整数类型的纯右值，其整数转换等级小于int 的等级可以转换为@987654340 类型的纯右值@if int 可以表示源类型的所有值；否则，可以将源纯右值转换为unsigned int 类型的纯右值。

【讨论】：

【解决方案2】：

unsigned int 等价于uint32_t，unsigned short int 等价于uint16_t。

因此，如果您使用unsigned short int 而不是unsigned int，您将获得与uint16_t 相同的行为。

为什么会得到 -1？

如果int 可以保存unsigned short int 的所有可能值，则积分提升将尝试将unsigned short int 转换为int。另一方面，如果不是这种情况，将执行到unsigned int 的整体提升。

因此，减法很可能在 int 类型中完成，而不是 uint16_t。

【讨论】：