对于 (unsigned char i = 0; i<=0xff; i++)，会产生无限循环。

Question

为什么以下C代码会陷入无限循环？

for(unsigned char i = 0; i <= 0xff; i++){}

这与以下结果相同:

for(unsigned char i = 0; i <= 0xff; ++i){}

我需要修改代码的哪些部分才能使其按预期工作（不使用 int 或 unsigned int 数据类型）？

- fragwürdig

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你了解无符号数是什么吗？ - NathanOliver

一个8位的unsigned char最大只能存储0xff这个值，因此，i <= 0xff不可能为假。 - François Andrieux

你的两个例子是相同的。我会认为它们有相同的结果。 - François Andrieux

使用 int。不要对可接受的答案设置愚蠢的限制。 - Benjamin Lindley

请注意，如果您使用了“-Wextra”编译选项，gcc会为您的循环发出警告，解释由于数据类型限制，条件始终为真。 - spectras

Answer 1

如果您真的需要使用 unsigned char，那么您可以使用

unsigned char i = 0;
do {
    // ... 
} while(++i);

当对一个unsigned整数执行算术运算超出其限制时，其行为是定义良好的。因此，该解决方案将处理256个值（对于8位unsigned char）。

- Weather Vane

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该死，又一个罕见的do-while循环的使用。 - StoryTeller - Unslander Monica

@StoryTeller 同感！我一直以为 do-while 循环只用于定义多行宏！ - Ajay Brahmakshatriya

@StoryTeller 另一个使用 do-while 的例子是在循环中将整数转换为字符串，当输入为 0 时需要输出 "0"，但需要在 value /= 10 变为 0 时终止。 - Weather Vane

Answer 2

unsigned char 的取值范围是0到255（0xff）。将0xff加1得到0x100，但是如果将它再赋值回 unsigned char ，它会被截断并变成0。

因此比较语句 i <= 0xff 将永远为真。这就是为什么会产生无限循环的原因。

如果你想让循环在0xff后停止，请使用 int 数据类型。它的取值范围至少是-32767到32767，并且通常更大。

- dbush

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挑剔一点：int 的最小要求范围实际上是 -32767 到 32767（以允许使用补码机器）。 - Andrew Sun

@chux 说得好。已经修改以反映，并修复了 int 的最小范围。 - dbush

@Slava 在一些平台上是这样的吗？现在只有一些专门的老式DSP处理器才会出现这种情况。 - 0___________

@Andrew Sun，允许使用补码机器的话，有没有比30岁更年轻的？并且符号和大小比50岁更年轻的呢？ - 0___________

@Slava，你有没有使用过字符不等于8位的机器？我个人没有，我已经从事这项工作30多年了。但是，如果我必须为DSP处理器编写固件，代码的可移植性将是最不重要的问题。 - 0___________

Answer 3

一个典型的for循环依赖于能够在循环的最后一次迭代之后检测到终止条件。在您的情况下，正如其他答案所指出的那样，i <= 0xff始终为真（假设i是unsigned char类型且UCHAR_MAX==0xff，这是典型情况）。

在任何整数类型的边界附近都可能遇到同样的问题。例如，以下代码：

for (int i = INT_MAX - 9; i <= INT_MAX; i ++) {
    /* ... */
}

这（可能）也是一个无限循环（除了对于有符号整数类型的溢出具有未定义行为，而无符号整数具有明确定义的环绕语义，优化编译器可以利用它，但我偏离了主题）。只是不要这样做。

许多解决方案之一是将测试移动到循环的底部，在增量之前：

for (unsigned char i = 0; ; i ++) {
    printf("%d\n", i);
    if (i == 0xff) break;
}

for循环的第二个语句是每次迭代之前都会被评估的终止条件。如果您将其留空，则会被视为始终为真，从而产生无限循环（for (;;)是简单无限循环的常见习惯用法）。在循环的底部，我们测试i是否等于0xff。如果是，则我们刚刚执行了最后一次迭代，因此可以跳出循环。

（有些人可能更喜欢在这里使用while循环，但我喜欢for，因为它允许我们将循环控制变量的声明和增量组合成一个结构。）

（严格来说，unsigned char的最大值不一定是0xff或255，但在您可能遇到的任何系统中都是如此。一些DSP的实现具有CHAR_BIT > 8，因此UCHAR_MAX > 255。）

- Keith Thompson

Answer 4

因为你进行了环绕。unsigned char的取值范围在0-255之间，由于无符号算术是被很好定义的，因此当将i的值环绕到0时条件仍然满足，迭代将无限继续。

对于有符号值，这是一种未定义的行为，存储在i中的值可能不是0。但它仍然小于char中可存储的最大值，并且条件仍然得到满足。

- 0___________

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不，无符号整数溢出是被很好地定义了的；它们在模运算下会被包裹回来。 - Justin

无符号数值不会溢出，而是会环绕。有符号数值则会发生溢出。 - Weather Vane

没有加法或算术“溢出”问题。然而，存在一个类似的问题，即将256分配给“unsigned char”。结果相同，i为0。 - chux - Reinstate Monica

这里不适用“在有符号值的情况下”。该值从0到255再到256（短暂地），然后回到0...没有有符号值-它们都是非负数。如果您考虑对i使用有符号类型，则答案取决于i是int还是子int。一个是UB，另一个是IDB/异常。 - chux - Reinstate Monica

@chux 这只是针对未定义行为而言的，因此如果他使用了WeatherVane提出的好方法，他需要知道有符号值可能不会回绕到0，do-while循环也无法按预期工作。 - Tony