signed、unsigned 关键字

本文解析了计算机中负数的存储原理及补码表示方法,通过具体实例阐述了有符号char类型数据的范围限制及其在内存中的表现形式。

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前言

实例


前言

我们知道计算机底层只认识 0、1.任何数据到了底层都会变计算转换成 0、1.那负数怎么存储呢?肯定这个“-”号是无法存入内存的,怎么办?很好办,做个标记。

把基本数据类型的最高位腾出来,用来存符号,同时约定如下:最高位如果是 1,表明这个数是负数,其值为除最高位以外的剩余位的值添上这个“-”号;如果最高位是 0,表明这个数是正数,其值为除最高位以外的剩余位的值。

这样的话,一个 32 位的 signed int 类型整数其值表示法范围为:- 231~ 231 -1;8 位的char 类型数其值表示的范围为- 27 ~ 27 -1。一个 32 位的 unsigned int 类型整数其值表示法范围为:0~ 232 -1;8 位的 char 类型数其值表示的范围为 0~ 28-1。同样我们的 signed 关键字也很宽恒大量,你也可以完全当它不存在,编译器缺省默认情况下数据为 signed 类型的。

实例

上面的解释很容易理解,下面就考虑一下这个问题:

int main()

{

    char a[1000];

    int i;

    for(i=0; i<1000; i++) {

        a[i] = -1-i;

    }

    printf("%d",strlen(a));

    return 0;

}

此题看上去真的很简单,但是却鲜有人答对。答案是 255。别惊讶,我们先分析分析。for 循环内,当 i 的值为 0 时,a[0]的值为-1。

关键就是-1 在内存里面如何存储。我们知道在计算机系统中,数值一律用补码来表示(存储)。主要原因是使用补码,可以将符号位和其它位统一处理;同时,减法也可按加法来处理。另外,两个用补码表示的数相加时,如果最高位(符号位)有进位,则进位被舍弃。正数的补码与其原码一致;负数的补码:符号位为 1,其余位为该数绝对值的原码按位取反,然后整个数加 1。

按照负数补码的规则,可以知道-1 的补码为 0xff,-2 的补码为 0xfe……当 i 的值为 127时,a[127]的值为-128,而-128 是 char 类型数据能表示的最小的负数。当 i 继续增加,a[128]的值肯定不能是-129。因为这时候发生了溢出,-129 需要 9 位才能存储下来,而 char 类型数据只有 8 位,所以最高位被丢弃。剩下的 8 位是原来 9 位补码的低 8 位的值,即 0x7f。

当 i 继续增加到 255 的时候,-256 的补码的低 8 位为 0。然后当 i 增加到 256 时,-257 的补码的低 8 位全为 1,即低八位的补码为 0xff,如此又开始一轮新的循环……

按照上面的分析,a[0]到 a[254]里面的值都不为 0,而 a[255]的值为 0。strlen 函数是计算字符串长度的,并不包含字符串最后的‘\0’。而判断一个字符串是否结束的标志就是看是否遇到‘\0’。如果遇到‘\0’,则认为本字符串结束。

分析到这里,strlen(a)的值为 255 应该完全能理解了。这个问题的关键就是要明白 char类型默认情况下是有符号的,其表示的值的范围为[-128,127],超出这个范围的值会产生溢出。另外还要清楚的就是负数的补码怎么表示。弄明白了这两点,这个问题其实就很简单了。

### signedunsigned类型的区别及用法编程 在C语言中,`signed`和`unsigned`是两个重要的关键字,用于控制整型数据类型的符号属性。以下是它们的主要区别及用法: #### 1. 符号表示 - **有符号类型(`signed`)**:可以表示正数、负数和零。默认情况下,整型类型(如`int`、`short`、`long`等)是带符号的,即`int`等同于`signed int`[^2]。 - **无符号类型(`unsigned`)**:只能表示非负整数(零和正整数)。它通过使用所有位来存储数值,而不保留一位作为符号位[^3]。 #### 2. 取值范围 - 对于相同大小的数据类型,`unsigned`类型的取值范围比`signed`类型的更大。例如: - `signed char` 的取值范围为 -128 到 127。 - `unsigned char` 的取值范围为 0 到 255[^4]。 - 这种差异源于`unsigned`类型将原本用于表示符号的一位也用来存储数值。 #### 3. 内存表示 - 在计算机内部,`signed`类型通常使用补码表示法来存储负数[^1]。例如,`-1`在8位系统中以二进制形式表示为`11111111`。 - `unsigned`类型则直接将所有位解释为数值,不涉及符号位的处理。 #### 4. 运算行为 - 当`signed`和`unsigned`类型混合运算时,编译器会将`signed`类型转换为`unsigned`类型,这可能导致意外的结果。例如: ```c #include <stdio.h> int main(void) { unsigned int a = 1; signed int b = -1; if (a > b) { printf("a is greater than b\n"); } else { printf("b is greater than or equal to a\n"); } return 0; } ``` 在上述代码中,尽管直观上认为`-1`小于`1`,但由于`b`被提升为`unsigned int`,其值变为`UINT_MAX`(通常是`4294967295`),因此输出结果为`a is greater than b`[^3]。 #### 5. 应用场景 - **`unsigned`类型**:适用于需要处理非负整数的场景,例如数组索引、计数器或文件大小等。它能够提供更大的数值范围。 - **`signed`类型**:适用于需要同时表示正数和负数的场景,例如数学计算、温度测量等[^3]。 #### 示例代码 以下是一个简单的示例,展示`signed`和`unsigned`类型的使用: ```c #include <stdio.h> int main(void) { signed short s = -32768; // 有符号短整型 unsigned short u = 65535; // 无符号短整型 printf("Signed short: %d\n", s); // 输出 -32768 printf("Unsigned short: %u\n", u); // 输出 65535 return 0; } ``` #### 注意事项 - 在选择使用`signed`或`unsigned`时,应根据具体需求进行判断。错误的选择可能导致程序逻辑错误或效率低下。 - 避免在表达式中混合使用`signed`和`unsigned`类型,以防止隐式的类型转换引发问题[^3]。 --- ###
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