C的“类型提升”

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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1.  C的“类型提升”

1.1 什么是整形提升

char、short int或者int型位段（无论signed或unsigned）以及枚举类型，可以使用在需要int或者unsigned int的表达式中。如果int可以完整的表示源类型的所有值，那么该源类型的值就转换为int， 否则转换为unsigned int，这被称为整形提升。——《C专家编程》

注意：“整形提升”是先提升到int，而不管源数据是signed还是unsigned，而不是char 提升到int，unsigned char提升到unsigned int。

1.2 什么是类型提升

就是整型提升和float提升为double的总称。

1.3 什么时候需要类型提升

这个问题比较关键，从整形提升的概念可以看出，在【1】“char、short int或者int型位段（无论signed或unsigned）以及枚举类型出现在可以使用int或者unsigned int的表达式中”的时候，就会发生整形提升。与此类似，我们可以得到float到double的提升情况。但是ANSI C对类型提升有了弱化。ANSI C标准说明如下：

char c1,c2;

c1=c1+c2;

“类型提升”规则要求把每个变量提升为int的长度，然后两个int值执行加法运算，然后在对运算结果进行裁剪。如果两个char的加法运算结果不会发生溢出，那么实际执行时只要产生char类型的运算结果，可以省略类型提升。同样道理也适用于float到double的提升。

【2】另一个会发生隐式类型转换的地方就是参数传递。 
 在K&R C中，由于函数的参数也是表达式，所以也会发生类型提升。 
 在ANSI C中，如果使用了适当的函数原型，类型提升便不会发生，否则也会发生。 在被调用函数内部，提升后的参数被裁剪为原先声明的大小。

这就是为什么单个的printf()格式字符串%d能适用于几个不同类型，short，char或int，而不论实际传递的是上述类型的哪一个。函数从堆栈中取出的参数总是int类型，并在printf[1]或其他或其他被调用的函数里按统一格式处理。所以如果使用printf来打印比int长的类型，如long long，除非使用long long格式化限定符%ld，否则无法获取正确的值。因为在缺少更多信息的情况下，printf假定他处理的数据是int类型。

[1]即使一个原型位于printf()能及的范围内，注意它的原型以省略号结尾：

int printf(const char* format,...);

表示它是一个接收可变参数的函数，参数的信息（除第一个外）均未给出，此时一般的参数提升始终会发生。

总结：判断是否发生类型提升记住上述的【1】【2】即可。

1.4 类型提升实例分析

  (1) printf(“%d”,sizeof(‘A’))；//输出4

分析：sizeof()是一个表达式，字符’A’由char类型提升到int，所以打印出是4（int的大小），而不是1（char的大小）。

  (2)char a,b;

printf ( " the size of the result of a+b :%d " ,sizeof( a+b) );  //输出4

* (3)char a;

printf ( "%d\n" ,sizeof(a)); //输出1

这个题要引起注意，为什么这里没有发生类型提升呢？我的理解是这样的:当传递的是字符常量的时候，sizeof是根据数值推断的，而当表达式使用到值的时候，就会进行进行类型提升（回忆整型提升定义，这里可以用int值代替）。但当参数是变量时，此时sizeof(a)实际等价于sizeof(char)，并没有用到数值，所以输出1。

1.5 如何提升

   我们把提升分为两个阶段——扩展和解释。

1.5.1 扩展

要想进行类型提升，很明显首先需要进行位扩展，比如char（1字节）提升到int（4字节）要在高位扩展3个字节。那么是如何扩展呢？答案是：有符号数按照有符号数的扩展规则（高位补符号位）扩展，无符号数按照无符号数的扩展规则（高位补0）扩展。

我们先看一个例子：

int main()

{

 unsigned int a=0x12345678;

 unsigned char b=(unsigned int)a;

 char *c=(char*)&a;

 printf("%04x  %04x\n",b,*c ); 

 return 0;

}

/*

 *case1:unsigned int a=0x12345678;

 *output:0078  0078

 *

 *case2:unsigned int a=0x123456a8;

 *output:0078 ffffffa8;

 */

分析：

printf("%04x %04x\n",b,*c ); //实参为char,则要进行整形提升

*c是有符号的，做有符号扩展，高位补符号位。在case1中（78）符号位为0，因此提升后为：0x00000078，按宽度至少4位输出即0078。而在case2中（a8）符号位为1，因此提升后为：0xffffffa8,由于全是有效位，则忽略按4位宽度，输出：ffffffa8。 b提升成int，因为b是无符号的，所以做无符号扩展，高位补0；

1.5.2 解释

   单单扩展完并没有完成任务，因为这涉及到程序该如何理解这些二进制位。这里我们再回到最开始的“整型提升”的定义——如果int可以完整的表示源类型的所有值，那么该源类型的值就转换为int， 否则转换为unsigned int。所以得到结论，优先解释为int。我们先看一个例子：

        char a = -1;

    unsigned char b = 1;

printf("%d", a > b);//输出0

分析：这个过程是这样的，首先对表达式a>b进行整型提升，a是-1，内存表示为0xff,由于a是有符号数，所以扩展为0xffffffff；b是1，内存表示为0x01，由于b是无符号的，所以扩展为0x00000001。接下来是解释，编译器都将其解释为int（注意，这里同为int，所以不发生算数转换），所以0xffffffff解释为-1，0x00000001解释为1.因为-1<1;所以a>b不成立，输出0。

这个例子要和下面这个例子区别：

    int a = -1;

    unsigned int b = 1;

printf("%d", a > b);//输出1

这个没有发生类型提升（变量已经是int），而是算数转换，我们后面专题再介绍。

那什么时候解释为unsigned int呢？答案是有unsigned int参与的时候，比如下面这个例子：

    char a= -1;

    unsigned int b = -1;

printf("%d\n",a==b);//输出1

其实这个应该算是算数转换，我们可以把它看做一次整形提升+一次算数转换，首先将char提升为int，int和unsigned int的比较和运算就要涉及到算数转换了。所以我们可以简单地记住，整形提升都解释为int。