2_有符号和无符号

关键词：计算机中的符号位、有符号数的表示法、无符号数的表示法、signed和unsigned、无符号数和有符号数的混合运算、错误使用unsigned的后果

1. 计算机中的符号位

数据类型的最高位用于识别数据的符号

• 最高位为1，表明这个数为负数
• 最高位为0，表明这个数为正数

#include <stdio.h>

int main()
{
    char c = -5;
    short s = 6;
    int i = -7;

    printf("%d\n", (( c & 0x80 ) == 0));  // &：表示按位与运算； 0x80对应的二进制为：1000 0000
    printf("%d\n", (( s & 0x8000 ) == 0));
    printf("%d\n", (( i & 0x800000 ) == 0));

}

输出结果：

0
1
0

总结：通过以上示例代码可证：正数最高位为0，负数的最高位为1，即最高位为符号位

2. 有符号数的表示法

在计算机内部用补码表示有符号数：

• 正数的补码为正数本身
• 负数的补码为负数的绝对值各位取反后加1

8位整数5的补码为：0000 0101
8位整数-7的补码为：1111 1001
16位正数20的补码为：0000 0000 0001 0100
16位正数-13的补码为：1111 1111 1111 0011

3. 无符号数的表示法

在计算机内部用原码表示无符号数

• 无符号数默认为正数
• 无符号数没有符号位
• 无符号数最小值为0
• 无符号数最大值由数据所占内存大小决定

对于固定长度的无符号数

• MAX_VALUE + 1 -> MIN_VALUE
• MIN_VALUE - 1 -> MAX_VALUE

#include <stdio.h>

int main()
{
    unsigned char c = 255;
    unsigned char c2 = 0;

    printf("%d\n", (unsigned char)(c + 1));
    printf("%d\n", (unsigned char)(c2 - 1));

    return 0;
}

输出结果：

0
255

4. signed和unsigned

• C语言中变量默认为有符号的类型
• unsigned关键字声明变量为无符号类型
• 注意：C语言中只有整数类型（char, short, int,long,等等）能够声明unsigned变量，浮点类型（float, double）不能够声明unsigned变量。

5. 当无符号数遇见有符号数

#include <stdio.h>

int main()
{
    unsigned int i = 5;
    int j = -10;

    if( i + j > 0 ) 
    {
        printf("i + j > 0\n");
    }
    else
    {
        printf("i + j < 0\n");
    }
    
    return 0;
}

输出结果：

i + j > 0

总结：当有符号数和无符号数混合运算时，有符号数就会主动的转换为无符号类型。当有符号数为负数时，转换为无符号数后会是一个很大的正数。

6. 错误使用unsigned

#include <stdio.h>

int main()
{
    unsigned int i = 0;
    
    for(i=9; i>=0; i--)
    {
        printf("%u\n", i);
    }
    return 0;
}

输出结果：程序进入死循环
总结：i为无符号类型，i的最小值为0。当i=0时，i--后i的值为unsigned int类型的最大值，因此，i恒大于等于0，程序进入死循环。

7. 小结

• 有符号数用补码表示
  正数的符号位为0
  负数的符号位为1
• 无符号数用原码表示
  无符号数没有符号位
  无符号数只用于表示正数
• unsigned只能修饰整数类型的变量
• 当无符号数与有符号数混合计算时，会将有符号数转换为无符号数后再进行计算，结果为无符号数。

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