C++代码中带有signed和unsigned之间的隐式转换，安全吗？

Question

根据有关有符号和无符号整数类型之间隐式转换的规则（在此处和处讨论），当将一个 unsigned int 与一个 int 相加时，有符号的 int 首先被转换为 unsigned int。

例如，请考虑以下最小化程序：

#include <iostream>

int main()
{
   unsigned int n = 2;
   int x = -1;

   std::cout << n + x << std::endl;

   return 0;
}

程序的输出仍然是1，正如预期的那样：x首先被转换为unsigned int，与n相加导致整数溢出，得出了“正确”的答案。

在像上面代码这样的情况下，如果我确定n + x是正数，那么我可以假设unsigned int n和int x的总和会给出预期的值吗？

- francesco

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你是否启用了所有警告进行编译？ - JGroven

@JGroven，那会对答案产生什么影响？ - Fureeish

如果编译器警告你正在做的事情，那么你可能不应该这样做。它是一个“警告”，目的是提醒你注意，以防万一。我遇到过很多情况，在生产代码中出现了“警告：未使用的变量X”，但实际上这些代码是正确的（也许仅仅因为声明本身就有影响或者编译器是错误的）。 - scohe001

这将是实现定义。标准规定有符号和无符号的位模式将是相同的，但不保证采用二进制补码。因此，如果这样做是否有效将是实现定义的。我相信 std::int8/16/32_t 保证采用二进制补码，因此它们始终有效。 - Galik

@Galik：在我看来，表示方式并不重要。标准是清晰的。结果将是模2^n同余的一个相合数。你提到的标准中哪一部分是矛盾的呢？ - geza

Answer 1

在像前面那样的代码中，如果我确定 n+x 是正数，那么我能假设无符号整数 n 和有符号整数 x 的和会得到期望值吗？

可以。首先，有符号值通过模运算转换为无符号值：

如果目标类型是无符号的，则结果值是源整数对 2ⁿ 取模后最小的无符号整数。

然后使用模运算相加两个无符号值：

无符号整数应遵守算术模 2ⁿ 的规则，其中 n 是该特定大小的整数的值表示中使用的位数。

这意味着您将获得预期的答案。即使在数学意义上结果为负数，C++ 中的结果也是模等于负数的数字。

请注意，此处假定您正在添加两个相同大小的整数。

- geza

Answer 2

我认为你可以确定这不是实现定义，尽管在使用非二进制补码表示负值的系统中，该语句需要对标准进行一些解释。首先，让我们说明一些明确的事情：无符号整数不会溢出，但取模于2^nrOfBits-value（参见此在线C ++标准草案）：

“6.7.1基本类型 （7）无符号整数应遵守算术模2n的规律，其中n是该特定大小的整数值表示中的位数。”

因此，只需将负值nv正确转换为无符号整数位模式nv(conv)，使得x + nv(conv)始终与x - nv相同。对于使用二进制补码的系统，情况很明确，因为二进制补码实际上是设计用于立即处理此算术的。

对于使用其他表示负值的系统，我们必须仔细阅读标准：

7.8 整数转换

(2) 如果目标类型为无符号类型，则结果值是与源整数同余的最小无符号整数（模2n，其中n是用于表示无符号类型的位数）。[注意：在二进制补码表示中，此转换是概念性的，并且在没有截断的情况下不会更改位模式。—注释]

正如脚注明确指出的那样，在二进制补码表示中，位模式不会更改，我们可以假设在非2s补码系统中会发生真实的转换，使得x + nv(conv) == x - nv。

因此，根据7.8(2)，我认为您的假设是有效的。

- Stephan Lechner

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算术是基于数值而非表示定义的。无论系统是否使用二进制补码都没有任何影响。2 + -1 的结果必须为 1。 - M.M

@M.M：是的，这就是为什么结果不依赖于实现的原因，尽管在其他地方有人争辩说它可能只适用于二进制补码的情况。 - Stephan Lechner