unsigned和signed

写在前面：本来因为一个朋友问我为什么可以给unsigned int赋值负数，我打算写一篇关于解释unsigned的文章。但是写的过程中发现有很多地方需要涉及其他的知识点，特别是关于整型提升和算数转换。所以就翻了一下之前看过的书，做了一个总结，感觉自己又学到了不少。由于我不是写教科书，有些用语和描述难免不够准确。另外，由于本人能力有限，有错之处在所难免，希望各位看到此文的朋友如果发现有什么错误请留言指正，或发邮件交流。

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注意：double和float都不可用unsigned,short修饰，另外float还不可用long修饰

3.1 unsigned 到底有什么用

首先我们先看一段程序：

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

    int a=2,b=-5,r;

unsigned int ua=2,ub=-5,ur;

bool bo;

printf("a: %d,ua: %d\n",a,ua);

printf("a: %u,ua: %u\n",a,ua);

printf("b: %d,ub: %d\n",b,ub);

printf("b: %u,ub: %u\n",b,ub);

bo=(b==ub);

    printf("bo: %d\n",bo);//1

bo=(ub>a);

printf("bo: %d\n",bo);//1

r=a+ub;

printf("a+ub: %d,a+ub: %u\n",r,r);

ur=a+ub;

printf("a+ub: %d,a+ub: %u\n",ur,ur);

return 0;

};

首先，查看数据的内存表示（十六进制），发现相同的赋值int和unsigned int的内存表示

是一样的。但是十进制不同，也就是说程序对相同内存数据的解释不同。

           

十六进制                                       十进制

    那么给unsigned 赋于负值是什么情况？从上面也能看到对于内存来说其实和signed是一样的。我们知道计算机是以补码表示数字，所以-5无论负值给谁，他在内存中的表示都是固定的，而signed和unsigned仅仅表名对与其所修饰的变量，这段内存是如何解释，即把最高位当做符号位还是最高数值位。

从程序输出的前四行可以看到结果也完全相同。我们知道:和signed与unsigned的作用相同，%d,%u的不同就在于对内存的解释不同，前者将内存中的数据看成有符号的，后者看成是无符号的。（将signed int使用%u输出，实质就是相当于对这块内存的重新解释）。

结论：相同赋值的int和usigned int在内存中的表示是一样的，signed和unsigned只是告诉程序对内存的不同解释方式，前者按照有符号数解释（考虑符号位），后者按无符号数（不考虑符号位）解释，这一点和%d,%u的作用是一样的。

    接下来看输出的后面四行，b==ub：好理解，两个数都属于int，signed不同算数转换为unsigned，内存相同，解释相同（同为unsigned），所以相等。我们看下面一个。ub>a(-5>2):这是什么情况？同样还是算数转换，都按unsigned解释，当然-5对应的数大了。

继续往下看，r=a+ub;这个又做了什么？记住计算机所有加减运算都是按照补码进行，也就是我们平时说的有符号数。所以无论是signed int之间运算，还是unsigned int之间运算，还是signed和unsigned之间运算，都是对用的有符号数运算，再根据结果是赋值给signed还是unsigned做相应解释，但无论赋值给signed类型还是unsigned类型，运算结果的内存表示是一样的。

3.2 signed和unsigned的另一区别

接下来看下面一段程序：

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

   char a;

   unsigned char ua;

   int i,j;

   unsigned int ui,uj;

   a=200;

   ua=a;

   printf("a: %d,   %u,   %x\n",a,a,a);

   printf("ua: %d,   %u,   %x\n",ua,ua,ua);

   i=a; j=ua;

   ui=a;uj=ua;

};

我们知道char的表示范围在-128-127，unsigned char在0-256;所以我们看看给char赋值一个超出其表示范围的数（200）会是什么效果。

首先，看下a和ua的内存表示，如下图：

这和预想一样，相同赋值的a和ua的内存表示也相同。我们再看下输出：

首先，第一列（按照十进制输出），对于a（char型）,200超过了其表示范围，因为200对应的二进制表示为1100 1000，已经占用到了最高位（符号位）。按十进制输出时把最高位符号位(1)解释为负数。后面100 1000正好是56。注意：变量的输出与变量是unsigned还是unsigned无关，而取决于%d或u%等对内存的再解释。

第二列是什么情况？没错，类型提升。a按照有符号数扩展，高位补符号位，ua按照无符号扩招，高位补0。？我们再看下面几句的赋值情况：

  i=a; j=ua;

  ui=a;uj=ua;

对比i和ui，可以得出结论：有符号类型（char）无论向有符号类型（int）还是无符号类型（unsigned int）扩展，都会按照有符号数的扩展规则（高位补符号位）。

对比j和uj，可以得到结论：无符号类型（unsigned char）无论向有符号类型（int）还是无符号类型（unsigned int）扩展，都会按照无符号数的扩展规则（高位补0）。

这就得到有符号数和无符号数的有一个不同点——扩展规则不同。

练习：

     unsigned char a = 0xA5;//a=1010 0101

     unsigned char  b = ~a>>4;//b=1111 0101,注意a要先做整型提升，~的优先级大于>>

     unsigned char  c = a>>4;//c=0000 1010

     c = ~c;//c=1111 0101

     unsigned char  d =~a;//d=0101 1010

     d = d>>4;//d=0000 0101 也要整形提升扩展

 unsigned char e = ( (~a)>>4);//e=1111 0101

3.3 慎用unsigned

看下面例子：

int d = -1; 
if (d <= sizeof(arr)/sizeof(arr[0])) 
... 
这样的比较语句有问题，sizeof运算符返回无符号数。 
if语句在signed int和unsigned int之间测试相等性， 
按照前两节讨论的，这里会发生算数转换，也就是有符号的d会被解释成unsigned。这样，-1就变成一个非常巨大的正整数，导致比较结果与预期的不符。 解决的方法是使用强制转换，(int)(sizeof(arr)/sizeof(arr[0]))。 

     所以，不要因为无符号数不存在负值而用它表示数量（如年龄、国债等）， 尽量使用int之类的有符号数，这样在混合运算中， 这样就不必担心边界情况（如-1被翻译为非常大的正数）。 只有在使用位段和二进制掩码时，才使用无符号数。 应该在表达式中使用强制类型转换，使所有的操作数均为有符号数或无符号数， 这样就不必由编译器来选择结果的类型。