有符号和无符号字符之间的比较

Posted 2023-02-25

【中文标题】有符号和无符号字符之间的比较

【英文标题】：comparison between signed and unsigned char

【发布时间】：2021-10-31 21:39:38

【问题描述】：

我几乎认为这是一个愚蠢的问题......但我真的找不到答案。所以我在这里问这个。

为了了解隐式类型转换，我在 C 上运行以下代码。

#include <stdio.h>

int main()

    unsigned char i;
    char cnt = -1;

    int a[255];

    for (int k = 0; k < 255; k++)
    
        a[k] = k;
    
    for (i = cnt - 2; i < cnt; i--)
    
        a[i] += a[i + 1];
        printf("%d\n", a[i]);
    

    return 0;

当我运行这个程序时，什么也没发生。

我在第一次迭代时发现for循环的循环条件为假，所以程序立即退出了for循环。

但是，我不明白为什么。

据我所知，C 在分配或比较不同类型的变量时会进行隐式转换。所以我认为在i = cnt - 2 上，减法运算使值-3，然后隐式转换为i 分配值253。

那么，条件 i < cnt 不应该为真，因为（由于有符号和无符号字符的比较，通过 cnt 的另一个隐式转换）253 小于 255？

如果不是，为什么这是错误的？有什么我遗漏的，或者有什么我不知道的例外吗？

【问题讨论】：

253 不小于 -3 :) cnt 数据类型不是 unsigned char，只是 char -128 到 127。如果你让 unsigned char cnt = -1。它会正常工作。

@Tevfik Kadan 我有点困惑。当我按照你说的做同样的事情时它确实有效，但是在做i < cnt 时不应该将cnt 自动转换为unsigned char 并变成255 吗？我刚试过printf("%d\n", (unsigned char)253 < (char) -1)，它也给出了错误...

普通字符是否签名由实现定义。 学习隐式类型转换的目的 没有隐式类型转换这回事。根据定义，所有强制转换都是显式的。如果您想了解隐式类型转换，首先要学习的是不惜一切代价避免它们。

请参阅this discussion on implicit type promotions。 （如前所述，implicit 强制转换不是一回事。强制转换总是显式的。）

这是一个演员表：(type)。它正在使用强制转换运算符。这是 C 中唯一存在的强制转换，并且程序员始终是显式的，从而触发显式转换。还有各种隐式转换。但是没有隐式转换。

【参考方案1】：

你的问题一点也不傻。您已经接近解决方案：i 被赋值为 -3，但隐式转换为 i、unsigned char 的类型会将值更改为 253。

为了更准确的解释，您的测试代码中有多个问题：

char 可能是有符号或无符号的，具体取决于平台和编译器配置，因此char cnt = -1; 可以将值-1 或255 存储到cnt 中，或者如果char 是无符号的，甚至可以存储其他值并且有超过 8 位。

for (i = cnt - 2; i < cnt; i--) 的行为还取决于默认情况下char 是有符号还是无符号：

在所有情况下，都会对测试 i < cnt 进行评估，同时将两个操作数都转换为 int（或 unsigned int，在极少数情况下是 sizeof(int)==1）。如果int 可以表示char 和unsigned char 类型的所有值，则此转换不会更改值。

如果char 是无符号的并且有8 位，cnt 的值是255，所以i 用值253 初始化，循环运行254 次，i 从253 向下到0，然后i-- 将值255 再次存储到i，测试i < cnt 评估为假。循环打印507，然后是759，...32385。

如果char 是有符号的并且有8 位，就像您的系统上可能的情况一样，cnt 的值是-1 并且i 被初始化为值-3 转换为unsigned char，这是253。初始测试i < cnt 评估为253 < -1，这是错误的，导致立即跳过循环体。

您可以通过为编译器提供适当的标志（例如：gcc -funsigned-char）来强制 char 默认为无符号并测试行为如何变化。使用 Godbolt's compiler explorer，您可以看到 gcc 仅生成 2 条指令，在有符号（默认）情况下返回 0，在无符号情况下返回预期输出。

【讨论】：

你在这里做得很好，指出了 C 语言中 char 默认类型的歧义性令人不安的事情之一。我发现 this conversation 在这个主题上有一种平静的影响。

【参考方案2】：

首先让我们假设类型 char 的行为与类型相同 signed char.

在这种情况下

i < cnt

由于整数提升，两个操作数都被隐式转换为 int 类型。

来自 C 标准（6.5.8 关系运算符）

3 如果两个操作数都有算术类型，通常的算术 执行转换。

和（6.3.1.8 常用算术转换）

1 许多期望算术类型的操作数的运算符导致 转换和产生结果类型以类似的方式。目的是为了 确定操作数和结果的通用实数类型。为了 指定操作数，每个操作数都被转换，不改变类型 域，对应的实数类型是共同实数的类型 类型。除非另有明确说明，普通实数类型也是 结果对应的真实类型，其类型域是 操作数的类型域（如果它们相同且复杂） 否则。这种模式称为通常的算术转换：

... 否则，对两个操作数都执行整数提升。然后 以下规则适用于提升的操作数：

如果两个操作数的类型相同，则不再进行转换 需要

和（6.3.1.1 布尔值、字符和整数）

...如果一个 int 可以表示原始类型的所有值（受限制 通过宽度，对于一个位域），该值被转换为一个 int； 否则，它将转换为无符号整数。 这些被称为 整数促销。

因此i的正值表示为0000 0000 1111 1101在整数提升之后将大于负值1111 1111 1111 1111。

因此，for 循环的条件立即评估为逻辑假，因为 int 类型的正值 253 大于 int 类型的负值 -1。

这是一个演示程序。

#include <stdio.h>

int main(void) 

    char cnt = -1;
    unsigned char i = cnt - 2;
    
    printf( "cnt = %x\n", ( unsigned int )cnt );
    printf( "i = %x\n", ( unsigned int )i );
    
    printf ( "i < cnt is %s\n", i < cnt ? "true" : "false" );
    
    return 0;

程序输出是

cnt = ffffffff
i = fd
i < cnt is false