C语言整型提升

Posted 2022-05-05 不知名小赖

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1.什么是正整型提升

官方的解释是：
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，各种整型首先要提升为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。

2.整型提升的规则

整型提升分为有符号和无符号两种。

• 有符号的：整型提升时是按照变量的补码被截断时的最高位是什么进行补位的，如果截断后最高位（即最左面）的一位数为 1 则在最高位前补 1 ，如果最高位是 0 则在前面补 0 ，补够32位即int类型即可。
• 无符号的： 直接在被截断的前面补 0 即可。

3.例题

直接看代码：

int main()

    char a = -1;
    signed char b = -1;
    unsigned char c = -1;
    printf("a=%d\\nb=%d\\nc=%d\\n", a, b, c);
    return 0;

上面代码运行结果如图：（编译器计算过程中发生了整型提升与截断）

分析如图：

我们可以分成几步来看：

1. 数字-1的补码为：11111111111111111111111111111111 ， 将数字-1交给a时，因为a，b，c的类型为char类型即只有一个字节，所以a，b，c中只能储存一个字节（即8个比特位），所以需要进行截断只保留最后的8个比特位，所以此时a中储存的比特位为：11111111 （上图中有转换过程）。此时得到的是补码（因为整型数字在计算机中都是以补码形式存储）
2. 以%d打印需要进行整型提升。a，b都是有符号数最高位为1，则在前面（最左边）补1得到：11111111111111111111111111111111. c为无符号数在前面（最左边）补0得到：00000000000000000000000011111111.
3. 再转换成原码打印 。a，b原码：10000000000000000000000000000001（补码减一取反得到原码）. c原码为：00000000000000000000000011111111（整数无符号数原码=反码=补码）。最终得到a=-1，b=-1，c=255

再看一个例子：

int main()

    char a = 3;
    char b = 127;
    char c = a + b;
    printf("%d\\n", c);
    return 0;

不细心的老铁一看c=130，但运行后结果是-126.为什呢？

结合下图分析：

我们可以分成几步来看：

1. 数字3的补码为：00000000000000000000000000000011 ， 将数字3交给a时，因为a的类型为char类型即只有一个字节，所以a中只能储存一个字节即8个比特位，所以需要进行截断只保留最后的8个比特位，所以此时a中储存的比特位为：00000011

   数字127的补码为：00000000000000000000000001111111 同理也因为为char类型发生截断，截断后b中储存的比特位为： 01111111

2. 执行 a+b 时先对8比特位的a,b进行整型提升，因为都为char 类型所以为有符号位，提升时补最高位的数字0，补够32位。提升后两者的补码为：

   00000000000000000000000000000011
   00000000000000000000000001111111

   将a,b相加得到补码：

   00000000000000000000000010000010

3. 又 c 为char类型，只能存放8个比特位，所以需要截断，截断后c 中储存的比特位为：10000010

4. 再以%d形式打印，需要32位比特位，要对 c 进行整型提升了。因为c 的最高位是 1 在最高位前面补 1 即可，补够32位，提升后补码为：11111111111111111111111110000010

5. 将补码转化为原码的形式打印出来，转化后的原码为 ： 10000000 0 00000000000000001111110为负数，原码对应的整数就为 -126

4.整型提升的意义

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。