解释类型转换如何在 C 中从 int 到 short 的位级别工作

Posted 2023-05-08

【中文标题】解释类型转换如何在 C 中从 int 到 short 的位级别工作

【英文标题】：Explain how typecasting works at the bit level from int to short in C

【发布时间】：2013-09-11 08:39:58

【问题描述】：

如果 2^31-1 的二进制表示为 01111111 11111111 11111111 11111111，那么当类型转换为 short 时，该二进制数会发生什么情况？这是假设一个 int 是 4 个字节，而一个 short 是 2 个字节。

我写了一个测试程序，当 typecast to short 时输出为 -1。它是否正确？这是否意味着 typecast to short 只是砍掉了 16 个最高有效位，留下 11111111 11111111（有符号 2 的补码）？

代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void main()

        int x = sizeof(int);
        int y = sizeof(short);
        printf("%d, %d",x,y);

        int a = 2147483647;
        short b = (short)a;

        printf("\nad: %d",(int)a);
        printf("\nax: %x",(int)a);
        printf("\nau: %u",(int)a);

        printf("\nbd: %d",(int)b);
        printf("\nbx: %x",(int)b);
        printf("\nbu: %u",(int)b);
        printf("\n");

输出

4, 2
ad: 2147483647
ax: 7fffffff
au: 2147483647
bd: -1
bx: ffffffff
bu: 4294967295

【问题讨论】：

Nit：这只是所谓的“铸造”。 “排版”是指您在电视或电影中看到同一演员扮演同一类型的角色。

【参考方案1】：

当您将int 分配给short 时，如果该值不能在short( [-2^15, 2^15 - 1], 2 的补码) 的范围内表示，则结果是实现定义的。

6.3.1.3 有符号和无符号整数

当一个整数类型的值被转换为另一个整数类型时 除 _Bool 以外，如果该值可以用新类型表示，则 不变。否则，如果新类型是无符号的...否则， 新类型已签名，并且无法在其中表示值；任何一个 结果是实现定义的或实现定义的 发出信号。

至于“实现定义”，它意味着行为取决于编译器、体系结构等。具体而言，您可能已经看到，一种可能的结果是简单地丢弃高位。在这种情况下，这会导致 11111111 11111111。

另一个可能的结果是它被“四舍五入”到该范围内的最大值。在这种情况下就是01111111 11111111。但我不记得哪个实现是这样的。

但无论哪种方式，都不要依赖它。

【讨论】：

请您澄清一下“定义的实现”是什么意思

@JonSmith 这意味着一个实现（编译器，架构，...）可以决定它做什么。

@JonSmith 他基本上意味着每个实现在许多方面都会有所不同，这将定义这个问题的答案。在字节顺序或 int 和 short 的表示等术语上有所不同

谢谢大家，非常感谢。

【参考方案2】：

C 或任何其他语言中的任何整数都以某些字节的形式存储（C 中为 4 个字节，如果您使用 32 位 C 编译器，通常大小为 int 取决于编译器），当您将其类型转换为 @ 987654322@ 并从内存中读取或分配给任何变量，因为short 指示编译器将值作为short int 读取，所以只读取或分配低 2 个字节。

在您的情况下，整数是二进制的01111111 11111111 11111111 11111111，因此，当类型转换为short时，它被读取为11111111 11111111（低2个字节），这是-1的16位二进制表示（当然，如果它的signed short，默认情况下）。

我的意思是，假设你有一个int a = 0x7fffffff 存储在地址说1234，那么a 的内存表示将是：

 Memory Address:  1237     1236     1235     1234  
 Value:         01111111 11111111 11111111 11111111

当您将其读取为 short 时，仅读取低 2 个字节（地址 1235 和 1234）。 现在将它们读取为short（或有符号短）意味着您希望数字的 MSB被编译器处理为符号位。由于Sign bit = 1 表示它是一个负数，并且如果您知道2 的补数格式（C 编译器使用它来表示整数），那么二进制中的数字11111111 11111111 等于十进制中的-1。

此外，当您使用%u 或打印short int 值时，它被视为unsigned，MSB（这一次）贡献于幅度，而不是符号位。

我还想补充一点：从short 到int 的类型转换。 每当您将 short 类型转换为 int 时，就像您在中所做的那样：

short b = (short)a;
printf("\nbu: %u",(int)b);

符号位填充了所有额外的高位，因此11111111 11111111 变为11111111 11111111 11111111 11111111，即无符号十进制中的4294967295。

如果您尝试类型转换01111111 11111111 而不是11111111 11111111，那么它将被提升为00000000 00000000 01111111 11111111，因为符号位是0。

希望你能理解我的解释。

【讨论】：

@JonSmith 显然，是的，在你的特殊情况下。

@H2CO3 ：感谢您指出这一点！我曾在 16 位编译器上工作过，即使那样我也犯了那个错误，我的错！现在我已经更正了。