C语言signed char数据类型范围为什么是-128-127

本文解析了-128在计算机中的原码、反码及补码表示方法,并解释了为什么signed char类型可以使用10000000表示-128,而非-127。通过具体的算术运算示例,阐述了这种表示方式在运算中的合理性。

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提到这个问题,我们先来做一个-128的原码补码转换(前提假设看到这篇博客的看官会原码补码)

         -128  

         原码     1000 0000

         反码     1111 1111

        补码​  1 1000 0000(这里为什么会多出来一个1)

​    在进行原码反码转换的时候,反码从左往右第二个1,加1变成10,如补码所示,补码最高位的1是一个符号位,那么这个多出来的符号位1是不是和大家接触的数据类型内存块大小不一致,为什么signed char最小不用-127(1111 1111)表示,而用-128(1000 0000)表示。 

     这里就要注意,关键在于signed char或者说char数据类型不论有无符号,在C/C++语言中占用的内存的空间均为1B,也就是8bit,​是可以用1000 0000表示-128的,它是把最高位符号位丢弃了,截断后的-128的补码和原码一致,这里不知道大家有没有发现-0和这个-128的原码看起来的有点眼熟的意思。 没错,-0(1000 0000)和-128(1000 0000)原码相同,也就说1000 0000和-128丢弃最高位后余下的8位相同,所以-0也可以也可以用来表示-128.   这样子,截断后的-128和char型范围其他数 (-127~127)运算也不会影响结果,所以才敢这么表示-128.   ​

比如 -128+(-1)

       1000  0000     ------------------丢弃最高位的-128

+     1111  1111   -----------------   -1

________________

     10111  1111    ------------------char 取八位,这样结果不正确,不过没关系 ,结果-129本来就超出char型了,当然不能表示了。

再比如 -128+127

     1000 0000

  + 0111 1111

————————

     1111 1111 --------------  -1 结果正确, 所以,这就是为什么能用 1000 0000表示-128的原因。

   这样就是为什么signed char是​-128~127,而不是-127~127。short int同样也是如此,对与short int的范围:-32768~32767,因为在16位中,-32768位的原码是17位(16+1),丢弃最高位‘1’,剩下的位与-0的原码相同,说到这里,还真是佩服设计计算机的前辈!!!!

<think>好的,我现在要详细解释为什么当`char`是有符号类型(signed char)时,执行`i = c`后`i`的值是-128。首先,我需要回忆相关的C语言数据类型转换规则,以及补码表示法的知识。 用户可能已经知道一些基本概念,比如变量声明、赋值,但可能对符号扩展和补码的理解不够深入。所以,我需要分步骤解释,从`char c = 0x80;`开始,说明这个赋值操作的含义,再讨论当它被转换为`int`时的过程。 首先,0x80是十六进制,等于二进制的1000 0000。对于8位的有符号字符(signed char),最高位是符号位。这里最高位是1,所以这个值是一个负数。接下来需要确定这个二进制数对应的十进制值是多少。根据补码规则,1000 0000实际上是-128的补码表示。 然后,当将signed char赋值给int时,会发生符号扩展。也就是说,为了保持数值不变,会用符号位(这里是1)填充int的高位。例如,在32位系统中,扩展后的二进制会是11111111 11111111 11111111 10000000,对应的十进制就是-128。 这里需要注意不同系统中int的位数可能不同,但符号扩展的原理是一样的。可能用户会疑问为什么符号扩展不会改变数值,这时候需要解释补码在符号扩展时保持数值不变的机制。 另外,可能需要对比unsigned char的情况,说明如果没有符号位,扩展时高位补0,结果就会是128。这有助于用户理解两种情况的区别。 总结时,要强调关键点:signed char的符号位导致负值,补码表示,符号扩展保持数值。同时,提醒用户实际结果依赖于编译器的默认char类型,但大多数情况下是signed。 在解释过程中,要避免使用过于专业的术语,尽量用简单例子和类比帮助理解。例如,可以把符号扩展比作保持数的正负号,而补码则是计算机表示负数的一种方式。 最后,通过代码示例验证结论,让用户可以通过实际运行代码看到结果,加深理解。</think>好的,我们逐步解释为什么当 `char` 是 **signed char** 时,`i = c` 会导致 `i = -128`: --- ### **关键原理:补码表示与符号扩展** 1. **Step 1: 理解 `char c = 0x80` 的二进制值** - `0x80` 是十六进制,对应二进制:`1000 0000`。 - 对于 **8位有符号 charsigned char)**,最高位(第7位)是符号位: - **符号位为 1** → 表示负数。 - **符号位为 0** → 表示正数。 2. **Step 2: 计算 `1000 0000` 的十进制值(补码规则)** - 在补码表示中,负数的二进制值需要转换: 1. 保留符号位(1),其余位取反 → `0111 1111`。 2. 加 1 → `1000 0000`。 - 但这里有一个特殊规则: - **二进制 `1000 0000` 直接表示 -128**(这是补码的约定,没有对应的正数形式)。 3. **Step 3: 赋值给 `int i` 时的符号扩展** - 当 `signed char` 提升为 `int` 时,C语言会进行 **符号扩展**: - 如果原始值的符号位是 **1**(负数),则高位全部补 1。 - 如果符号位是 **0**(正数),则高位全部补 0。 - 以 `c = 1000 0000`(-128)为例: - 符号位是 1 → 高位补 1。 - 在32位系统中,扩展后为: `1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000`(即 `0xFFFFFF80`)。 - 这个二进制值的十进制仍是 **-128**。 --- ### **数值验证(32位系统为例)** - **二进制扩展过程**: ``` signed char c: 1000 0000 → -128 int i: 11111111 11111111 11111111 10000000 → -128(十进制) ``` - **为什么补1后值不变**? 符号扩展只是保持数值的数学意义,不会改变其大小。 例如:`-128` 的二进制在8位中是 `1000 0000`,在32位中是 `0xFFFFFF80`,但十进制值始终是 **-128**。 --- ### **对比 `unsigned char` 的情况** 如果 `char` 是无符号类型: - `0x80`(二进制 `1000 0000`)作为无符号数 → 十进制 **128**。 - 赋值给 `int` 时,高位补0 → `00000000 00000000 00000000 10000000`,即 `128`。 --- ### **总结** - **核心原因**: 1. `signed char` 的 `0x80` 是二进制 `1000 0000`,表示 **-128**(补码规则)。 2. 符号扩展时,高位补1,保持数值不变。 - **验证代码**: ```c #include <stdio.h> int main() { char c = 0x80; // signed char(默认) int i = c; printf("%d\n", i); // 输出 -128 printf("%#x\n", i); // 输出 0xffffff80(32位系统) return 0; } ``` --- **关键点**: - `signed char` 的符号位决定了数值的正负。 - 补码的符号扩展机制保证了赋值时的数值一致性。
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