C語言詳細解析有符號數與無符號數的表示

2022-04-20 19:01:34

一、計算機中的符號位

資料型別的最高位用於標識資料的符號

最高位為1，表明這個數為負數
最高位為0，表明這個數為正數

下面看一段程式碼，用於判斷資料的符號：

#include <stdio.h>
int main()
{
    char c = -5;
    short s = 6;
    int i = -7;
    printf("%dn", ( (c & 0x80) != 0 ));
    printf("%dn", ( (s & 0x8000) != 0 ));
    printf("%dn", ( (i & 0x80000000) != 0 ));
    return 0;
}

下面為輸出結果：

這段程式碼核心思想就是判斷最高位為是不是 1，再做邏輯運算，如果為 1，那麼運算後就是 1，否則就是 0 。

二、有符號數的表示法

在計算機內部用二補數表示有符號數

正數的二補數為正數本身
負數的二補數為負數的絕對值各位取反後加1

如：

8位元整數 5 的二補數為：0000 0101

8位元整數 -7 的二補數為：11111001

16位元整數 20 的二補數為：0000 0000 0001 0100

16位元整數- 13 的二補數為：1111 1111 1111 0011

三、無符號數的表示法

在計算機內部用原碼錶示無符號數

無符號數預設為正數
無符號數沒有符號位

對於固定長度的無符號數

MAX_VALUE（所能表示的最大值）+ 1 --> MIN_VALUE（所能表示的最小值）
MIN_VALUE - 1 --> MAX_VALUE

四、signed 和 unsigned

C 語言中變數預設為有符號的型別
unsigned 關鍵字宣告變數為無符號型別

注意：C語言中只有整數型別能夠宣告 unsigned 變數

下面看一段無符號數碰上有符號數的程式碼：

#include <stdio.h>
int main()
{
    unsigned int i = 5;
    int j = -10;
    if( (i + j) > 0 )
    {
        printf("i + j > 0n");
    }
    else
    {
        printf("i + j <= 0n");
    }
    return 0;
}

下面為輸出結果：

i 為 5，j 為 -10，按理說兩者相加應該輸出為 i + j < 0，為什麼會大於 0 呢？這是因為當無符號數與有符號數混合計算時，會將有符號數轉換為無符號數後再進行計算，結果為無符號數。

再來看一個錯誤使用 unsigned 的例子：

#include <stdio.h>
int main()
{
    unsigned int i = 0;
    for(i=9; i>=0; i--)
    {
        printf("i = %un", i);
    }
    return 0;
}

下面為部分輸出結果：

這是由於 i 為 unsigned 型別，減到 0 後，再減1，就變成了最大值，所以程式就會這樣輸出。

五、小結

有符號數用二補數表示

正數的符號位為0
負數的符號位為1

無符號數用原碼錶示

無符號數沒有符號位
無符號數只用於表示正數

unsigned 只能修飾整數型別的變數

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