当我在C语言中将long int赋值给int时会发生什么？

Question

当我在C语言中将long int赋值给int时会发生什么？

ccastingintegervariable-assignmentlong-integer

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在最近的一次作业中，我被告知要使用long变量来存储结果，因为它可能是一个大数。

我决定检查一下，在我的系统上（intel core i5/64位windows 7/gnu gcc编译器），以下代码是否真的会对我产生影响：

printf("sizeof(char) => %d\n", sizeof(char));
printf("sizeof(short) => %d\n", sizeof(short));
printf("sizeof(short int) => %d\n", sizeof(short int));
printf("sizeof(int) => %d\n", sizeof(int));
printf("sizeof(long) => %d\n", sizeof(long));
printf("sizeof(long int) => %d\n", sizeof(long int));
printf("sizeof(long long) => %d\n", sizeof(long long));
printf("sizeof(long long int) => %d\n", sizeof(long long int));

生成以下输出：

sizeof(char) => 1
sizeof(short) => 2
sizeof(short int) => 2
sizeof(int) => 4
sizeof(long) => 4
sizeof(long int) => 4
sizeof(long long) => 8
sizeof(long long int) => 8

在我的系统上，int 和 long 是相同的，任何对于 int 太大而无法容纳的值，long 也会太大而无法容纳。

作业本身并不是问题所在。我想知道，在一个 int < long 的系统中，如何将 int 赋值给 long？

我知道在这个主题上有许多相关的问题（链接1）（链接2）（链接3）（链接4）（链接5），但我觉得这些答案并没有给我完全理解该过程中可能发生的情况。

基本上，我正在尝试弄清楚以下问题：

在赋值之前，我应该把 long 转换成 int 吗？还是直接赋值会被认为没有害处，因为 long 只是一个修饰符而非不同的数据类型？
在 long > int 的系统上会发生什么？结果会是未定义的（或不可预测的）还是会使变量的额外部分被省略？
C语言中从 long 转换为 int 的转换是如何工作的？
如果我不使用强制类型转换，在C语言中从 long 赋值给 int 是如何工作的？

- Khaloymes

4

C语言有修饰符(volatile, const)，但short、long、signed和unsigned不是修饰符，它们指定了独立的类型。 - Mooing Duck

小心。如果你看一下Linux AMD64系统，long类型是8个字节，而int类型是4个字节。请参考https://en.wikipedia.org/wiki/64-bit_computing#64-bit_data_models了解一些常见的情况。 - user507577

@Rajesh：我认为这与操作系统或硬件无关。数据类型的大小是编译器做出的（主要是）任意决定。 - Mooing Duck

@MooingDuck 当一个平台的所有编译器都做同样的事情时，它就更或多或少地被解决了 :) - user507577

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编译器所做的决定（更准确地说，由其作者做出的决定）受操作系统和硬件的强烈影响。许多系统都有规范整数类型大小的ABI；遵循它可以使来自不同编译器编译的代码相互混用。在某些情况下，向后兼容性是一个强大的影响因素，有时会导致在64位系统上出现32位的“long”等情况。 - Keith Thompson

@MooingDuck，感谢您对修饰符/类型问题的纠正！ - Khaloymes

2个回答

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一个 long 总是可以表示所有的 int 值。如果已有的值可以被你分配的变量类型所表示，则该值将会被保留。如果不能被表示，对于带符号的目标类型，结果形式上是未指定的，而对于无符号的目标类型，则被指定为原始值模 2ⁿ，其中 n 是值表示中的位数（这不一定是目标中的所有位）。在现代机器上，即使是有符号类型也会发生包装，这是因为现代机器使用二进制补码表示有符号整数，没有任何位用于表示“无效值”等 - 也就是说，所有位都用于表示值。

用 n 位值表示，任何整数值 x 被映射到 x+K*2ⁿ，其中整数常数 K 的选择使得结果在可能值的一半为负数的范围内。因此，例如，在 32 位 int 中，值 -7 被表示为位模式数字 -7+2³² = 2³²-7，因此如果您将比特模式所代表的数字显示为无符号整数，则会获得一个相当大的数字。

这被称为二进制补码的原因是因为它对于二进制数字系统 - 即基数为 2 的数字系统 - 是有意义的。对于二进制数字系统，还有一种反码（注意撇号的位置）。类似地，在十进制数字系统中，存在十位补码和九位补码。使用 4 位十进制补码表示，你将把 -7 表示为 10000-7 = 9993。就这样了，真的。

- Cheers and hth. - Alf

2

C语言从C99开始要求有符号整数采用二进制补码、反码或原码表示。几乎所有现代系统都使用二进制补码。 - Keith Thompson

@KeithThompson C99是如何决定要求有符号整数表示为二进制补码还是表示为反码的？我的意思是，我能事先知道我的有符号整数将如何表示吗？在分配值后是否有改变表示的方法？另外，请告诉我这个评论是否太宽泛，应该转化为一个新问题。 - Khaloymes

@Khaloymes：不确定你的意思。这是标准中的明确要求；请参见第6.2.6.2节。您无法更改系统对有符号整数的操作方式；这通常由硬件确定。当然，您可以进行任何位操作，但如果您的系统使用二进制补码，除非您处理某些外部强制数据要求，否则很少有理由使用其他表示形式。 - Keith Thompson

@KeithThompson 这就是我想知道的，如果我能决定有符号整数的表示方式。从您的评论中我得出结论，这取决于硬件。 - Khaloymes

@Khaloymes：这取决于编译器的实现者，他们必须记录选择。这个决定几乎肯定是基于硬件支持的（这些天几乎肯定是二进制补码）。 - Keith Thompson

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可以查看英文原文，
原文链接

- Keith Thompson · Accepted Answer

该语言保证int至少为16位，long至少为32位，并且long可以表示至少与int相同的所有值。

如果将long值分配给int对象，则会进行隐式转换。不需要显式强制转换；它只会指定即将发生的相同转换。

在您的系统上，其中int和long具有相同的大小和范围，转换是微不足道的；它只是简单地复制值。

在长宽大于整型的系统上，如果值无法适应int，则转换的结果是实现定义的。（或者，在C99中，它可以引发实现定义的信号，但我不知道任何实际执行该操作的编译器。）通常会发生的是舍弃高位比特，但是您不应该依赖于此。（对于无符号类型，规则有所不同；将有符号或无符号整数转换为无符号类型的结果是定义良好的。）

如果您需要安全地将long值分配给int对象，可以在执行分配之前检查它是否适合：

#include <limits.h> /* for INT_MIN, INT_MAX */

/* ... */

int i;
long li = /* whatever */

if (li >= INT_MIN && li <= INT_MAX) {
    i = li;
}
else {
    /* do something else? */
}

"某些其他的"细节将取决于您想要做什么。

一个修正：即使它们有相同的大小和表示，int 和 long 总是不同的类型。算术类型可以自由转换，因此这通常不会有任何区别，但是例如，int* 和 long* 是不同且不兼容的类型；您不能将long*赋值给int*，反之亦然，而不使用显式（并且可能危险的）转换。

如果您发现自己需要将long值转换为int，那么您应该首先重新考虑一下您的代码设计。有时这样的转换是必要的，但更多的情况是，您分配给int的值在首次定义时应该是long类型。