为啥以 char 作为索引的循环会无限循环？

Posted 2023-02-25

【中文标题】为啥以 char 作为索引的循环会无限循环？

【英文标题】：Why does a loop with a char as it's index loop infinitely?为什么以 char 作为索引的循环会无限循环？

【发布时间】：2012-09-02 10:41:31

【问题描述】：

这个循环将无限期地继续下去：

char a = 100;
for(a=100; a>=0;--a)
    System.out.println(a);

发生这种情况是因为 a 被提升为算术运算的 int 值并从 16 位 char 值扩大到 32 位，因此将始终保持正数吗？

【问题讨论】：

@oldrinb - 只回答“愿意”。更有趣的问题是“为什么”。

@StephenC 我的评论回答了标题中的问题。 “为什么”我在下面回答。

@Phoenix 我已经更新了我的回复，事实上你是对的，原因是...... :-)

【参考方案1】：

不。 char 值是无符号的 - 当它们低于 0 时，它们会回到 65535。

将char 替换为byte - 然后就可以了。

【讨论】：

斯蒂芬，你是对的。我假设它就像 C 的字符。

@NickODell 那么你应该知道 plain char 的签名是实现定义的......它只保证能够适应整个 ASCII 字符集（ 0 - 127)，C99 确保它可以存储至少 8 位。

oldrinb，在 C 语言中，我总是明确变量是有符号还是无符号，只是为了确保它在所有编译器上都能正常工作。这对于 int 等是否有必要，或者只是偏执狂？

@NickODell no -- int 对应于signed int，long 对应于signed long int，short 对应于signed short int。 char 的区别在于技术上 plain char、signed char 和 unsigned char 都是独立的数据类型。

【参考方案2】：

它确实会无限循环——你所说的原因很接近。这是因为a 不能代表任何不满足a >= 0 的数字——char 是无符号的。算术下溢在 Java 中定义明确且未指明。请参阅规范的以下相关部分。

§4.2.2

整数运算符不以任何方式指示上溢或下溢。

这意味着除了比较值之外没有上溢/下溢的迹象......例如如果a --a，则表示发生了下溢。

§15.15.2

在减法之前，对值 1 和变量的值执行二进制数字提升（第 5.6.2 节）。如有必要，可通过缩小原语转换（第 5.1.3 节）和/或在存储变量之前对其类型进行装箱转换（第 5.1.7 节）来缩小差异。前缀递减表达式的值是变量在新值被存储后的值。

因此，我们可以看到这里有两个主要步骤：二进制数字提升，然后是窄化原始转换。

§5.6.2

加宽原语转换（第 5.1.2 节）适用于转换以下规则中指定的一个或两个操作数：

如果任一操作数的类型为double，则另一个将转换为double。 否则，如果任一操作数的类型为float，则另一个将转换为float。 否则，如果任一操作数的类型为long，则另一个将转换为long。 否则，两个操作数都转换为int类型。

我们可以看到递减表达式与a一起工作，被视为int，因此执行了扩大转换。这允许它表示值 -1。

§5.1.3

窄化基元转换可能会丢失有关数值整体大小的信息，也可能会丢失精度和范围。

...

有符号整数到整数类型 T 的窄化转换只会丢弃除 n 个最低位之外的所有位，其中 n 是用于表示类型的位数T. 除了可能丢失有关数值大小的信息外，这可能会导致结果值的符号与输入值的符号不同。

仅保留 n 个最低位意味着仅保留 int 表达式 a - 1 的最低 16 位。由于这里-1为0b11111111 11111111 11111111 11111111，所以只保存了较低的0b11111111 11111111。由于char 是无符号的，所有位都对结果有贡献，得到 65535。

注意到这里的东西了吗？本质上，这一切都意味着 Java 整数运算是模块化的；在这种情况下，模数是 2^16 或 65536，因为 char 是 16 位数据类型。 -1 (mod 65536) ≡ 65535，所以减量会返回。

【讨论】：

这真的是算术下溢吗？参看。 en.wikipedia.org/wiki/Arithmetic_underflow

你还是搞错了。 Java 中确实会发生整数下溢。只是没有表示 ...正如您引用的 JLS 文本所述。也就是说没有抛出异常，也没有什么可以直接测试看是否发生下溢。

【参考方案3】：

正如其他人所说，Java 中的char 类型是无符号的，因此a >= 0 将始终为真。当a 达到 0 然后再次递减时，它变为 65535。如果你只是想反常，你可以这样编写循环以在 101 次迭代后终止：

char a = 100;
for(a=100; a<=100;--a)
    System.out.println(a);

然后，代码审阅者可能会因为写出如此可怕的东西而让您心碎。 :)