【重学C++】简单却致命！C++ unsigned int与int类型进行比较的坑

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在 C++ 编程中，对整数类型的操作是最常见的任务之一。然而，当涉及到 unsigned int（无符号整型）和 int（有符号整型）的比较时，一不注意就可能会遇到一些意想不到的结果。本文将通过代码示例、运行结果和原理讲解，帮助你理解这些“坑”。

原理很简单，代码也很简单，但一旦不注意出现了，查起来很头大…

代码示例

首先，让我们来看一个简单的代码示例，演示 unsigned int 和 int 进行比较时可能遇到的问题。

#include <iostream>

int main() {
    unsigned int u = 10;
    int i = -10;

    if (u > i) {
        std::cout << "u is greater than i" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "u is not greater than i" << std::endl;
    }

    return 0;
}

运行结果

如果你运行上面的代码，你可能会期待输出是 "u is greater than i"，因为 10 显然大于 -10。然而，实际的输出却是：

u is not greater than i

原理讲解

无符号与有符号整数的比较

在 C++ 中，unsigned int 和 int 都是整型，但它们的表示范围不同。unsigned int 只能表示非负整数，而 int 可以表示正整数、负整数和零。

当 unsigned int 和 int 进行比较时，int 会被隐式转换为 unsigned int。这个转换是通过将 int 的二进制表示直接解释为 unsigned int 来完成的。这意味着负数在转换过程中会变成一个非常大的正数。

转换过程

以上面的代码为例，int i = -10; 在内存中可能表示为补码形式的二进制 11111111111111111111111111110110（假设是 32 位系统）。当这个值被转换为 unsigned int 时，它会被解释为一个非常大的正数，大约是 4294967286（即 (2^{32} - 10)）。

因此，比较 u > i 实际上变成了 10 > 4294967286，这显然是不成立的。

如何避免这个坑

为了避免这种类型转换导致的问题，你可以采取以下措施：

1. 显式类型转换：在比较之前，显式地将一个或两个变量转换为相同的类型。

   if (u > static_cast<unsigned int>(i)) {
       std::cout << "u is greater than i" << std::endl;
   }
   

2. 使用相同的数据类型：尽可能使用相同的数据类型进行比较。

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