不同类型数据运算的总结

行者花雕 2022-05-19 发布于北京

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前几天在学习交流群里，有个小伙伴问了一个问题，是关于有符号整数和无符号字符数的运算的问题。对于这部分，我个人理解的也有点问题，现在来做个总结回顾。

有符号整型和无符号数整型

举例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    int a = -1;
    unsigned int b = 1;
    printf("%d", a > b);
    return 0;
}

输出结果为：1

解析

无符号整型和有符号整型比较时，有符号整型会转化成无符号整型。因此，-1转化为无符号数为0xFFFFFFFF，所以a>b,输出1。

有符号字符型和无符号字符型

举例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    char a = -1;
    unsigned char b = 1;
    printf("%d", a > b);
    return 0;
}

输出结果：0

解析

要解释以上这个现象，首先要明白整型提升：

整型提升是C程序设计语言中的一项规定：在表达式计算时，各种整形首先要提升为int类型，如果int类型不足以表示则要提升为unsigned int类型；然后执行表达式的运算。

整型提升的意义在于：表达式的整型运算要在CPU的相应运算器件内执行，CPU内整型运算器(ALU)的操作数的字节长度一般就是int的字节长度，同时也是CPU的通用寄存器的长度。因此，即使两个char类型的相加，在CPU执行时实际上也要先转换为CPU内整型操作数的标准长度。通用CPU（general-purpose CPU）是难以直接实现两个8比特字节直接相加运算（虽然机器指令中可能有这种字节相加指令）。所以，表达式中各种长度可能小于int长度的整型值，都必须先转换为int或unsigned int，然后才能送入CPU去执行运算。（来源百度百科）

举个例子

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    char a = '2';
    char b = '2';
    printf("%d\r\n", sizeof(a+b));
    
    char c = a+b;
    printf("%c\r\n", c);
    printf("%d\r\n", sizeof(c));
    
    return 0;
}

输出结果为：4 d 1。

第8行，按理来说应该输出1的，但是这里输出的是4.因为，进行a和b都为char型，a+b时，会将a和b提升为int型计算，所以会输出4。

第11行，c为char型，计算a+b时，其实是先提升为int型，再转换为char型赋值给c，进行了两次类型转换。所以，printf时，c是char型，输出d（ASCII：100）

同样的，第12行输出的就是1。

接下来回到本题中，a = -1，提升为int型为-1，b = 1，提升为int型为1，所以结果为0。

有符号整型和无符号字符型

举例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    int a = -1;
    unsigned char b = -1;
    printf("%d", a > b);
    return 0;
}

输出结果为：0。

解析

整型提升，b转化为int型为0xFF,所以a<b。输出0。

有符号字符型和无符号整型

举例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	char a = -1;
	unsigned int b = -1;
	printf("%d\n", a == b);
    return 0;
}

输出结果：1。

解析

char类型被扩展为unsigned int后与b相等，同为0xFFFFFFFF

-1源码：1000 0001

-1补码：1111 1111

扩展： 1111 11111111 1111（占用字节小的数据赋值给占用字节大的需要扩充符号位，相反需要截断高位）

转为unsigned int：0xFFFF FFFF

转为int: 求扩展后的源码，还需要-1，除去符号位，取反。因此结果为：1000 0000 0000 0001 = -1。