为什么char类型不兼容signed char和unsigned char？

Question

我发现C99标准中有一项声明，否认了类型char和类型signed char / unsigned char之间的兼容性。

C99标准的注释35：

CHAR_MIN在limits.h中定义，将具有值0或SCHAR_MIN之一，这可用于区分两个选项。无论做出什么选择，char都是与其他两种类型不兼容的单独类型。

我的问题是，为什么委员会否认了它们之间的兼容性？这是什么原理？如果char与signed char或unsigned char兼容，会发生什么可怕的事情吗？

- junwanghe

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请参见https://dev59.com/2HNA5IYBdhLWcg3wjOre?rq=1。 - Vaughn Cato

问题在于，如果在您的计算机上将“char”与其中一个兼容，那么它将在其他一些系统上与另一个兼容。这完全取决于底层硬件。委员会决定将其作为妥协而成为三种不同类型。 - Bo Persson

@Vaughn Cato 它们是相关的但不相同。我不理解“兼容性”的意思。 - junwanghe

对于 char 是有符号的实现，char 和 signed char 是不同的类型，但是你可以自由地在它们之间赋值（存在隐式转换）。指针类型没有隐式转换（除了涉及 void* 和空指针常量的特殊情况），因此 char* 和 signed char* 不能互相赋值而不使用强制转换。使它们不兼容可以让编译器诊断错误，如果您将代码移植到普通 char 为无符号的系统上，则可能会出现真正的问题。 - Keith Thompson

就像Visual Studio 2019一样，微软的C编译器存在一个已知的bug，它将char和signed char视为相同类型。（它的C++编译器没有这个bug。）https://developercommunity2.visualstudio.com/t/_Generic-char-signed-char-unsigned-cha/1228885?preview=true 微软的回应是：“我们的团队优先处理对广大客户有影响的产品问题”。 - Keith Thompson

Answer 1

这个问题的根源在于编译器历史。在80年代，基本上有两种C方言：

1. 普通 char 是有符号的
2. 普通 char 是无符号的

C89 应该标准化哪一个？C89 选择不标准化任何一个，因为它会使已经编写好的 C 代码的很多假设失效- 标准人士所说的“已安装基础”。所以 C89 做了和 K&R 一样的事情：保留了普通 char 的符号性是实现定义的。如果您需要特定的符号扩展，请使用限定符。

现代编译器通常可以用选项选择方言（例如 gcc 的 -funsigned-char）。

如果您忽略(char) 和 plain char之间的区别，可能会发生“可怕”的事情，即进行算术和移位操作而没有考虑到这些细节，可能会得到您不希望的符号扩展或相反的结果（甚至在移位时可能出现未定义的行为）。

还有一些愚蠢的建议，认为应始终使用显式的 signed 或 unsigned 限定符声明您的 chars。只要您仅使用指向这些限定类型的指针，这将起作用，但一旦涉及字符串和字符串函数（所有这些都是在指向普通 char 的指针上操作的），就“需要”丑陋的强制转换。这样的代码会突然出现大量难看到骨子里的转换。

char 的基本规则：

• 对于字符串和需要传递普通 char 指针的函数，请使用 plain char
• 如果需要对字节执行位操作和移位，请使用 unsigned char
• 如果需要小的有符号值，请使用 signed char , 但是如果空间不是问题，可以考虑使用 int

- Jens

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我知道为什么有三种字符类型及它们的不同职责。但在某些实现中，char 被定义为具有与 signed char 或 unsigned char 相同的范围、表示和行为。现在范围、表示和行为都相同了，为什么 char 不兼容 signed char/unsigned char？兼容性的含义是什么？ - junwanghe

发生在我身上（并带领我来到这里）的“可怕之事”，就是当使用char参数时，我的代码既没有使用有符号字符的模板代码，也没有使用无符号字符的模板代码，而我对此毫无头绪... - Eike

有许多简单的方法可以改进标准。一个明显的方法是要求实现选择并记录 char 的四种处理方式之一：作为 signed char 的别名、作为 unsigned char 的别名、作为与 signed char 不兼容的有符号类型，或作为与 unsigned char 不兼容的无符号类型。在许多系统上，前两个选择比后两个更容易实现，我看不出禁止它们有任何有用的目的。 - supercat

Answer 2

将signed char和unsigned char看作最小的算术整数类型，就像signed short/unsigned short一样，以此类推到int、long int、long long int等类型。这些类型都有明确的规定。

另一方面，char具有非常不同的目的：它是I/O和与系统通信的基本类型。它不是用于计算，而是作为数据的单位。这就是为什么你会在命令行参数中找到char，在“字符串”定义中找到char，在FILE*函数和其他读/写类型IO函数中找到它，以及在严格别名规则的例外中找到它。这种char类型故意定义得不那么严格，以便允许每个实现使用最“自然”的表示方式。

这只是责任分离的问题。

（虽然真的char与signed char和unsigned char都具有布局兼容性，因此您可以明确地将一个转换为另一个。）

- Kerrek SB

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你可以将 char 看作是没有与之关联的整数类型的 byte。 - Sergey L.

@SergeyL.：根据定义，char 是最小可寻址单元，因此它确实是您所说的“字节”。只需记住它的位数不固定（至少为8位）。 - Kerrek SB