无符号数与有符号数在内存中表现形式

本文详细解析了计算机中数值的三种编码方式:原码、反码和补码,通过具体实例展示了正负数在二进制下的表示方法,并解释了C语言中如何解析有符号和无符号数。

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首先讲解原码、反码和补码

无符号数按照原码来解析;有符号数按照补码来解析。

例如-1的原码:10000001;反码:11111110;补码:11111111

例如1的原码:00000001;反码:00000001;补码:00000001

#include<stdio.h>

int main(void)

{

char a = -1;

printf("%d\n", a); //-1   11111111  有符号数补码解析 10000001

printf("%u\n", (unsigned char)a); //255 11111111 无符号数按照原码解析 11111111

return 0;

}

### C语言有符号数无符号数的区别 #### 存储方式 在C语言中,有符号数(Signed Type)和无符号数(Unsigned Type)的主要区别在于它们如何解释内存中的二进制位。对于相同大小的数据类型,例如`int`和`unsigned int`,两者占用相同的字节数,但由于最高位的不同用途,其可表示的数值范围存在差异[^1]。 - **有符号数**:最高位被用于表示符号,其中 `0` 表示正数,`1` 表示负数。其余位按照补码形式存储实际数值。 - **无符号数**:所有位均用于表示数值本身,因此能够表达更大的正值范围。 #### 数值范围 由于上述存储机制的不同,两者的取值范围也有所区分: | 类型 | 字节长度 (通常) | 取值范围 | |--------------|------------------|-----------------------------------| | signed char | 1 | -128 到 127 | | unsigned char| 1 | 0 到 255 | | short | 2 | -32,768 到 32,767 | | unsigned short| 2 | 0 到 65,535 | | int | 4 或更多 | -(2^n)/2 到 (2^n)/2 - 1 | | unsigned int | 4 或更多 | 0 到 2^n - 1 | 这里 n 是该类型的总比特数。 #### 移位操作的行为 当涉及到移位操作时,两种数据类型的表现也有明显差别。对于无符号数而言,无论是左移还是右移,都遵循逻辑移位规则——右侧填零;而对于有符号数,则可能涉及算术移位,在某些情况下会保留符号位来维持原数值的符号属性[^3][^5]。 需要注意的是,针对有符号整数执行右移操作的具体行为并未由C标准严格规定,而是依赖于具体实现环境下的编译器决定。 #### 使用场景 选择使用哪种类型应基于应用需求考虑: - 如果仅需处理非负数值或者希望最大化利用可用空间以扩展最大值界限,则选用无符号类型更为合适; - 当需要支持负值计算时,则应该采用带符号版本的数据类型。 此外还需注意混合运算可能导致意料之外的结果,因为不同类型间可能存在隐式转换过程[^4]。 ```c #include <stdio.h> int main() { unsigned int a = 4294967295U; printf("%u\n",a); // 输出接近INT_MAX的最大值 signed int b=-1; printf("%d\n",b); return 0; } ``` 以上代码展示了两个极端情况下的打印效果对比。
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