如何将无符号数转换为有符号数的 C 语言类型转换工作原理？

Question

这段代码使用的是哪种语言标准，可以打印出“-1”？

unsigned int u = UINT_MAX;
signed   int s = u;
printf("%d", s);

https://en.cppreference.com/w/c/language/conversion

否则，如果目标类型是有符号的，则行为是实现定义的（可能包括引发信号）。

https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Integers-implementation.html#Integers-implementation

GCC仅支持二进制补码整数类型，所有位模式都是普通值。

将整数转换为有符号整数类型时，如果该值无法在该类型的对象中表示（C90 6.2.1.2、C99和C11 6.3.1.3），则产生的结果或引发的信号如下：

对于转换为宽度为N的类型，该值被模2^N减小以使其在类型范围内；不引发信号。

因此，对我来说，将UINT_MAX转换为int意味着将UINT_MAX除以2^(CHAR_BIT * sizeof(int))。举个例子，对于32位的整数，0xFFFFFFFF / 2^32 = 0xFFFFFFFF。所以这并没有真正解释值“-1”是如何出现在int中的。

是否有其他语言规定，在模除之后我们只需重新解释位？或者有其他标准的部分优先于我引用的部分吗？

- Evan Benn

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你已经找到了相关部分，C17 6.3.1.3/3：“否则，新类型为带符号类型且该值无法表示；结果为实现定义或引发实现定义的信号。”这意味着由编译器决定如何处理。随着即将推出的C2x标准，他们最终打算放弃对奇异有符号格式的支持，只允许2的补码。这反过来意味着很多不良定义的行为可以变成良好定义的行为。 - Lundin

Answer 1

C标准的任何部分都不能保证您的代码通常会打印-1。正如它所说，转换的结果是实现定义的。但是，GCC文档确实承诺，如果您使用他们的实现进行编译，那么您的代码将打印-1。这与位模式无关，只涉及数学。

在GCC手册中，“对2^N取模”明显意图的解释是，结果应该是范围为signed int的唯一数字，它关于输入模2^N同余。这是一种精确的数学方式来定义您所期望的“环绕”行为，它恰好与通过重新解释位获取的结果相符合。

假设32位，UINT_MAX的值为4294967295。这关于4294967296模等于-1。也就是说，4294967295和-1之间的差是4294967296的倍数，即4294967296本身。此外，这必须是[-2147483648, 2147483647]中唯一的这样一个数字。（任何其他的与-1同余的数都至少为-1 + 4294967296 = 4294967295，或者最多为-1 - 4294967296 = -4294967297）。因此，-1是转换的结果。

换句话说，反复添加或减去4294967296，直到得到一个在signed int范围内的数字。保证只有一个这样的数字存在，在这种情况下是-1。

- Nate Eldredge