C中溢出后有符号和无符号的不一致相等

Posted 2023-02-16

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【中文标题】C中溢出后有符号和无符号的不一致相等【英文标题】：inconsistent equality of signed and unsigned after overflow in C 【发布时间】：2016-03-21 23:49:19 【问题描述】：

我正在尝试测试 C 中 short、int 和 long 的有符号和无符号版本的相等性。特别是，我使用了以下测试代码：

#include <stdio.h>

int main() 
    signed short ss = 0x8000; // 2^15
    unsigned short us = 0x8000;
    printf("ss = %i, us = %i\n", ss, us);
    if (ss == us)  printf("ss == us\n"); 
    else  printf("ss != us\n"); 

    signed int si = 0x80000000; // 2^31
    unsigned int ui = 0x80000000;
    printf("si = %i, ui = %i\n", si, ui);
    if (si == ui)  printf("si == ui\n"); 
    else  printf("si != ui\n"); 

    signed long sl = 0x8000000000000000L; // 2^63
    unsigned long ul = 0x8000000000000000UL; // 2^63
    printf("sl = %li, ul = %lu\n", sl, ul);
    if (sl == ul)  printf("si == ui\n"); 
    else  printf("sl != ul\n");

代码输出如下：

ss = -32768, us = 32768
ss != us
si = -2147483648, ui = -2147483648
si == ui
sl = -9223372036854775808, ul = 9223372036854775808
si == ui

所以对于短裤来说，它们是不相等的，但对于其他两条来说，它们是相等的。我的假设是否有问题，或者这只是 C 的一个已知怪癖？

【问题讨论】：

这不是怪癖，而是标准行为。您没有在printf 语句中进行类似的比较：在前两个（但不是第三个示例）中，您对有符号和无符号值都使用%i（有符号整数），它打印被告知放置在堆栈上的数据。一旦到了那里，除了上下文之外，就无法判断它们是签名还是未签名。在short 的情况下，值在放入堆栈之前被提升为signed int 和unsigned int（因为变量类型），然后由于%i 说明符而打印为signed int。 【参考方案1】：

似乎在您的编译器中，short 和 unsigned short 都可以转换为 int 而不会丢失信息；它们的比较是在转换后完成的（“促销”）。

促销活动在securecoding.cert.org的Usual Arithmetic Conversions部分中进行了解释

如果两个操作数的类型相同，则不再进行转换需要。

如果两个操作数都是相同的整数类型（有符号或 unsigned)，具有较小整数转换类型的操作数 rank 转换为具有更高等级的操作数的类型。

如果具有无符号整数类型的操作数的秩大于或等于另一个操作数的类型的等级，操作数与有符号整数类型转换为操作数的类型无符号整数类型。

如果操作数的类型带符号整数类型可以表示该类型的所有值无符号整数类型的操作数，无符号的操作数整数类型转换为带符号的操作数的类型整数类型。

否则，两个操作数都将转换为无符号数与带符号的操作数类型对应的整数类型整数类型。

【讨论】：

【参考方案2】：

鉴于您的输出，short 和 unsigned short 小于 int。第一次比较时两者都转换为int，转换后的值不同。

对于int 和unsigned int，比较执行为unsigned int。转换给出相同的值并且比较是正确的。请注意，您应该使用适当的格式打印数字：printf("si = %i, ui = %u\n", si, ui);

对于long 和unsigned long 测试，您的计算机似乎有64 位长，比较执行为unsigned long，long 值转换为unsigned long 但具有相同的表示，比较是真的。