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【C】类型提升注意问题

发布时间 2023-06-18 11:19:22作者: 徐大树
因为在在编码为补码的情形下，类型提升有两种情况：
1. 符号扩展：对于有符号数，扩展存储位数的方法。在新的高位字节使用当前最高有效位即符号位的值进行填充。
2. 零扩展：对于无符号数，扩展存储位数的方法。在新的高位直接填0.
 
对于这个例子来说。*p是无符号数，所以填充的是0，即为0x000000ff。而*p1是有符号数，所以填充的是1，即为0xffffffff。
 
因此，从char型到unsigned int，是对有符号数的提升，因此用的是符号扩展，oxff被扩展为oxffffffff；而从unsigned char型到unsigned int型，是对无符号数的扩展，使用零扩展，oxff被扩展为ox000000ff，而填充的这些零是不会被打印出来的。
 
如果说这样教科书式的概念不容易理解。还有这样一种理解方式，也许不一定准确，但更容易理解。
对于这里的类型提升，整个步骤可以这样理解：
1. %x要求参数为无符号整数，需要参数为4个字节；
2. *p, *p1为(unsigned) char型，只占1个字节；
3. 因为参数的类型不符，需要扩展；
4. 定位需要扩展到4个字节；
5. 那么就需要填充增加的3个字节；
6. 这3个字节需要什么值？这里就需要上面所需要的概念了。针对有符号数和无符号数，进行不同值的填充。
 
下面扩展来自： http://blog.csdn.net/u012162613/article/details/40887457
 

一、从一道微软面试题说起

微软面试题： 
 

 

  1. unsigned int i=3;  
  2. cout<<i*-1; 
 
问输出是多少？
如果忽略了有符号数到无符号数的隐式转换，答案就是-3，但是微软面试题没那么简单。
运行一下上面的程序，发现结果是4294967293。其实是因为i是unsigned int类型，而-1是int类型，一个无符号，一个有符号，编译时会发生强制类型转换，统一将有符号数转化为无符号数，然后再进行运算。

解析：

首先，要明确三点：
1、unsigned int和int类型的数据大小均为4字节，即32位。（无论是32位字长机器还是64位字长机器）
2、机器一般都是用补码表示有符号数。
3、有符号数到无符号数的转换规则：位值保持不变，只改变解释这些位值的方式。
回到本题中，根据上面三点，下面分几步分析：
 
#1：-1的机器码表示
根据第1点，-1的机器码为：0xFFFFFFFF，即 1111...1111（32个1）
    知识补充：为什么 1111...1111 （32个1）表示-1？
    根据上面第2点，用补码表示有符合数。1111...1111 （32个1）是补码，它计算得到-1的过程如下：
    1*(-2^31)+1*2^30+1*2^29+...+1*2^1+1*2^0=-1
    注意，因为是补码，所以规定最高位的权重是负的，其他位的权重是正的，这样计算出来的数就表示有符号数。
    int可以表示的范围是 -2^31～2^31-1，十六进制0x80000000～0x7fffffff，十进制-2147483648～2147483647

#2：-1转化为无符号数是多少?

根据第3点，-1转化为无符号数时，保持位值不变，即转化后机器码仍然是0xFFFFFFFF，但是此时它表示无符号数，各个位置的权重均是正的，因此转化结果是1*2^31+1*2^30+...+1*2^0=4294967295

#3:运算
4294967295*3=12884901885，而unsigned int的表示范围为0～2^32-1，12884901885超出了该范围。
C语言中规定这种情况要采取模运算，即将无符号乘积模2^32（取余）
12884901885 mod 2^32 = 4294967293，相当于取乘积的低32位，将其写成十六进制形式会更加明显：0x2FFFFFFFD mod 0xFFFFFFFF = 0xFFFFFFFD
 
 
下面再举《深入理解计算机系统》中的两个例子
 

二、计算数组中元素的和，length为0引起的程序错误

代码：
[cpp] view plain copy
  1. float array_sum(float a[],unsigned length)  
  2. {  
  3. int i;  
  4. float sum=0;  
  5. for(i=0;i<=length-1;i++)  
  6.     sum+=a[i];  
  7. return sum;  
  8. }
 
注意函数中参数length被声明为unsigned类型，数组长度作为无符号数传递，看起来是很理所当然的做法，但是它却会导致意外的结果。
当我们调用array_sum(a,0)时，length=0，在计算length-1时，因为length是unsigned，所以(0-1)的结果也应该是unsigned，因此结果不是-1，而是Umax（Umax是unsigned int可以表示的最大数2^32-1）。这将导致运行错误，因为访问了数组的非法元素。
可以将i<=length-1改为i<length，或者length声明为int类型

三、用字符串库函数strlen判断字符串str1是否比str2长

代码：
[cpp] view plain copy
  1. /*strlen函数原型*/  
  2. size_t strlen(const char *s);  
  3.   
  4. /*长度比较函数*/  
  5. int strlonger(char *str1,char *str2)  
  6. {  
  7. return strlen(str1)-strlen(str2)>0;  
  8. }
 
注意，strlen函数原型的返回类型是size_t，在stdio.h头文件中该类型是被定义成unsigned int类型，是无符号类型。
因此，strlen(str1)-strlen(str2)的结果恒大于0，无论str1比str2长还是短，结果均返回1。
可以将return strlen(str1)-strlen(str2)>0 改为return strlen(str1)>strlen(str2);