有符号/无符号 int 转换发生了什么？

Question

只是仔细检查。在一些教程中，我发现了这样的代码：

#include <iostream>
using namespace std;

/* This program shows the difference between
 * signed and unsigned integers.
*/
int main()
{
   short int i;           // a signed short integer
   short unsigned int j;  // an unsigned short integer

   j = 50000;

   i = j;
   cout << i << " " << j;

   return 0;
}

输出：-15536​​ 50000

然后它解释了输出：“上面的结果是因为将50,000表示为短无符号整数的位模式被短解释为-15,536。”

我认为这是一个错误的解释——还是英文问题？ 我认为输出负值的原因是 50000 不适合 2 字节有符号整数，我错了吗？

Answer 1

解释中的推理对于特定平台可能是准确的，但在我看来，它与最终打印的内容无关。更准确的说法是

“上述结果是因为从实现定义的 unsigned short int 值 50000 到 signed short int 的转换返回的位模式导致值 -15,536。”

毫不奇怪，将所述值发送到std::cout 将为所述值的signed short int 结果产生正确的输出。更改（转换）的来源很重要，在这种情况下，它是实现定义的。他们的措辞很弱，并且可以通过将 any 值分配给 any 整数值来应用 相同 语句，因此实际上他们的解释最终是 毫无意义。

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不想浪费前面的答案（在我更好地理解问题之前），享受一些轻松的阅读。要确定了解为什么会发生这种情况，您必须查阅实施文档以了解这种性质的转换。不是您可能想听到的答案，但背后是有原因的。

这是因为 价值提升 通过整数转换 rank。您收到的值实际上是依赖于实现的，标准中涵盖了具体原因。

我将省略最基本的东西，直接进入它的实质：

C++11 §4.7 积分提升 [conv.integral]

1. 整数类型的纯右值可以转换为另一种整数类型的纯右值。无作用域枚举类型的纯右值可以转换为整数类型的纯右值。

2. 如果目标类型是无符号的，则结果值是与源整数一致的最小无符号整数（模 2n，其中 n 是用于表示无符号类型的位数）。 [ 注意：在二进制补码表示中，这种转换是概念性的，位模式没有变化（如果没有截断）。 ——尾注]

3. 如果目标类型是有符号的，如果它可以在目标类型（和位域宽度）中表示，则值不变；否则，该值是实现定义的。

4. 如果目标类型是 bool，请参见 4.12。如果源类型为 bool，则值 false 转换为 0，值 true 转换为 1。

5. 允许作为积分促销的转换不包括在积分转换集中。

值 50000 无法在您的平台上以 signed short int 表示。因此，结果是实现定义的。从外观上看，您的实现只是将字节从一个存储到另一个，结果是符号位（也包含在标准中，但为简洁起见）被点亮并且报告的数字为负数。但请记住，这是由实现定义的，您不能在所有平台上都依赖此结果。

Answer 2

你的答案和书上的答案都是正确的

50000 = 0xc350

包含 0xc350 的有符号 16 位短字节被解释为 -15,536

所以它们是正确的（位模式的解释）

如果 i 是 32 位 int，那么将 0xc350 放入其中将被解释为 50,000

所以你是对的（我太小了）

Answer 3

首先，整数类型需要用纯二进制表示，目前教程是正确的。

其次，short 至少需要 16 位。如果它更多，那么您将看不到您所做的效果或任何效果。从您的描述中不清楚本教程是否盲目假设 short 一定是 16 位（错误），或者它是否只是使用 some 具体示例，理解它取决于编译器等。

第三，转换为有符号类型... 如果值无法表示，则正式实现定义的行为。这意味着您不能保证价值的变化。相反，您可以原则上获得任何效果，例如崩溃。

[缺少其他行为的示例，因为我无法诱使 g++ 4.8.2 捕获您的示例代码，即使使用 -ftrapv]

…产生一个相同的值，如果它可以表示，或者由实现定义。

也就是说，C++ 保证 无符号算术 执行模 2ⁿ，其中 n 是数字值表示位，例如16 在你的例子中。并且使用非常常见的 二进制补码形式 表示有符号整数，负整数值 -x 表示为 -x + 2 的位模式ⁿ。因此，如果您从后一个值（将位模式解释为无符号）开始为 50 000，具有 16 个值位和二进制补码形式，您将得到有符号值 50 000 - 2¹⁶ = 50 000 - 65 536 = -15 536

Answer 4

50,000 用二进制表示为 - 1100 0011 0101 0000。

在有符号位中，最左边的位是符号。在有符号整数中，“0”表示负数（因此是 -15536​​），而在无符号整数中，这没有区别。至于为什么数字本身会改变，我不知道。

Answer 5

你是对的，这本书也是对的。 unsigned short 的值可以是 0 到 65535。signed short 的值可以是 -32768 到 32767。因此，0 到 32767 之间的任何值都适用于 signed 和 unsigned。

但是，像 50000 这样的数字对于 signed short 来说太大了，因此当您将 50000 分配给 signed short 时，会导致数字溢出。

Answer 6

unsigned short 是一个不使用符号位的 16 位值 — 所有值都假定为正数。

二进制存储的十进制值50000是

1100 0011 0101 0000
^

最左边的位（Most Significant Bit - MSB）是1，代表2^15，即32,768

整个位模式为 32,768 + 16,384 + 512 + 256 + 64 + 16 = 50,000

当您将其转换为 signed 短时，位模式未更改，但 MSB 不再代表 32,768 — 它现在代表 符号，其余位是该值的 2 补码。在有符号值中，最高位是符号，1 是负数。

30,000 不会发生这种情况，因为那是

0111 0101 0011 0000
^

当它被转换为 signed 时，最左边的0 表示符号，而 0 是 正 所以其余位仍按原样解释，而不是 2 的补码，因此它们仍然代表相同的值 30,000