无符号整数和有符号整数的比较运算

Question

无符号整数和有符号整数的比较运算

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看这段代码片段：

int main()
{ 
 unsigned int a = 1000;
 int b = -1;
 if (a>b) printf("A is BIG! %d\n", a-b);
 else printf("a is SMALL! %d\n", a-b); 
 return 0;
}

这将输出: a is SMALL: 1001

我不理解这里发生了什么。大于号运算符是如何工作的？为什么"a"小于"b"？如果确实较小，为什么我得到一个正数(1001)作为差异？

- Gitmo

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如果您使用了-Wsign-compare编译器标志，那么在比较时会收到警告。您应该始终使用-Wall（其中包含-Wsign-compare）。请参阅此处以了解避免此问题的其他方法。 - Alejandro

请查看此帖子获取更多信息：https://dev59.com/u2kv5IYBdhLWcg3wnCDH - Adrian Monk

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@Aleph7 - 从技术上讲，那并不完全正确，-Wsign-compare仅在编译C++时与-Wall一起使用。它不包括C（请参见此处https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Warning-Options.html）。我已经测试过了，并可以确认上面的代码在-Wall下没有警告，但在-Wsign-compare下有警告（我正在使用gcc（Ubuntu 5.2.1-22ubuntu2）5.2.1 20151010）。 - bph

7个回答

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在一个典型的实现中，当 int 为32位时，将-1转换为 unsigned int 得到的结果是4,294,967,295，确实≥1000。

即使在无符号环境下进行减法运算，1000 - (4,294,967,295) = -4,294,966,295 = 1,001 这就是你得到的结果。

这就是为什么当你比较无符号类型和带符号类型时，gcc 会发出警告。(如果没有看到警告，请传递 -Wsign-compare 标志。)

- kennytm

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我点踩是因为"4,294,967,295 (2's complement)"。这与二进制补码无关。在1的补码机器上，它将产生相同的值。而在不同位宽的整数上，它将产生不同的值。 - Johannes Schaub - litb

@Schaub：也许我表达不够清晰，但我的意思是4,294,967,295（即1的2补数）确实≥1。此外，在1的补码机器中，-1的表示形式为4,294,967,294。 - kennytm

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正如litb所说，这与表示无关。在一个1s' complement的计算机上，将-1转换为unsigned会得到UINT_MAX，而不是重新解释1s' complement位模式。2's complement便利之一是C（un）signed转换不改变位模式。这特别适用于2's complement：C对无符号类型的转换是根据模算术定义的，而不是按位模式。在1s' complement上，实现必须做一些实际工作才能获得UINT_MAX。 - Steve Jessop

编辑得更好了，但仍然不能保证 UINT_MAX 是 4,294,967,295。另请参见 https://dev59.com/d3I-5IYBdhLWcg3wbHq-。 - Alok Singhal

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 #include<stdio.h>
 int main()
 {
   int a = 1000;
   signed int b = -1, c = -2;
   printf("%d",(unsigned int)b);
   printf("%d\n",(unsigned int)c);
   printf("%d\n",(unsigned int)a);

   if(1000>-1){
      printf("\ntrue");
   }
   else 
     printf("\nfalse");
     return 0;
 }

为此，您需要了解运算符的优先级

关系运算符从左到右工作... 所以当它遇到

if(1000>-1)

首先将-1更改为无符号整数，因为默认情况下int被视为无符号数字，并且其范围大于有符号数字

-1将更改为无符号数字，它会变成一个非常大的数字

- harsh

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你正在进行无符号比较，即将1000与2^32 - 1进行比较。

由于printf中的％d，输出是有符号的。

注意：当混合使用有符号和无符号操作数时，行为有时取决于编译器。我认为最好避免它们，并在怀疑时进行强制转换。

- Antti Huima

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减法不会使任何东西带有符号。在有符号和无符号值中，减法是相同的操作。 - wj32

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错误，int 和 unsigned int 操作数之间的减法被计算为无符号减法，结果当然是无符号的。 - AnT stands with Russia

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硬件设计用于比较有符号的和无符号的。如果您想要算术结果，请先将无符号值转换为更大的有符号类型。否则，编译器会认为比较实际上是在无符号值之间进行的。

而-1表示为1111..1111，因此它是一个非常大的数量...最大的...当被解释为无符号时。

- DigitalRoss

硬件可能根本没有算术比较功能（如专用的比较或减法指令），但这样的硬件仍然可以用于运行C程序。硬件很重要，但超出了语言标准所定义的编程语言范畴。 - Alexey Frunze

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找到一种简单的比较方法，当你无法摆脱无符号声明时可能会有用（例如，[NSArray count]），只需将“unsigned int”强制转换为“int”。

如果我错了，请纠正我。

if (((int)a)>b) {
    ....
}

- chenyi1976

-1

在比较一个无符号整型变量a和一个有符号整型变量b时，b会被强制转换为无符号整型，因此，有符号整型值-1会被转换成无符号整型的最大值**(范围：0到(2^32)-1)**。因此，a>b即(1000>4294967296)变为false。因此，else循环printf("a is SMALL! %d\n", a-b);被执行。

- Naveen Kumar

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这是一个低努力的重复回答的顶级投票。 - emsimpson92

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可以查看英文原文，
原文链接

- AnT stands with Russia · Accepted Answer

不同整数类型之间的二进制操作是在所谓的“常规算术转换”（参见语言规范6.3.1.8）定义的“常规”类型中执行的。在您的情况下，“常规”类型是unsigned int。这意味着int操作数（您的b）将在比较之前转换为unsigned int，并且为执行减法而进行转换。

当-1转换为unsigned int时，结果是最大可能的unsigned int值（与UINT_MAX相同）。不用说，它将大于您的无符号1000值，这意味着a>b确实是假的，并且a确实与(unsigned) b相比较小。您代码中的if应该解析为else分支，这就是您在实验中观察到的。

减法使用相同的转换规则。您的a-b实际上被解释为a - (unsigned) b，其结果类型为unsigned int。这样的值不能用%d格式说明符打印，因为%d仅适用于有符号的值。您尝试使用%d将其打印出来会导致未定义的行为，因此从C语言的角度来看，您看到的打印值（即使在实践中它有一个逻辑上确定的解释）是完全无意义的。

编辑：实际上，我可能对未定义的行为部分错误。根据C语言规范，相应有符号和无符号整数类型的公共部分应具有相同的表示形式（暗示着“作为函数参数的互换性”）。因此，a-b表达式的结果是无符号的1001，如上所述，除非我遗漏了什么，否则使用%d说明符打印此特定的无符号值是合法的，因为它落在正int的范围内。使用%d打印(unsigned) INT_MAX + 1将是未定义的，但1001u没问题。