如何在C语言中将无符号整型转换为有符号整型？

Question

如果我的问题看起来有些奇怪，那我向你道歉。我正在调试我的代码，这似乎是问题所在，但我不确定。

谢谢！

- Eric Brotto

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真正的问题是，如果无符号整数中的值超出了有符号整数可以表示的范围，您想要做什么。如果在范围内，只需分配即可完成。如果超出范围，那将产生未指定的结果，因此您可能需要先将其减少到正确的范围，或将其分配给较大的有符号类型。 - Jerry Coffin

不是未指定的，而是实现定义的（C99 6.3.1.3§3）。否则我同意，并将其分配给一个更大的有符号整数是最简单的解决方案。 - Gauthier

Answer 1

这取决于您想要的行为是什么。一个 int 无法容纳许多 unsigned int 可以容纳的值。

您可以像平常一样进行强制类型转换：

int signedInt = (int) myUnsigned;

如果unsigned的值超过了int所能容纳的最大值，这会导致问题。这意味着有一半可能的unsigned值会导致错误行为，除非你特别注意它。

如果你不得不进行转换却没有好的理由，那么你应该重新审视一下如何存储值。

编辑：如评论中所述，最大值取决于平台。但是你可以通过使用 INT_MAX 和 UINT_MAX 来访问它。

对于通常的4字节类型：

4 bytes = (4*8) bits = 32 bits

如果使用了所有32位，如同使用unsigned，最大值将是2^32 - 1或4,294,967,295。

有符号的int为了表示正负数牺牲了1位，所以最大值为2^31 - 1或2,147,483,647。注意这是另一个值的一半。

- Chris Cooper

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你知道无符号整数的最大值是多少吗？int类型的呢？ - Eric Brotto

@Eric Brotto: 这将取决于您正在编译的系统。通常，如果您需要检查，可以使用INT_MAX、UINT_MAX宏。在大多数32位系统上，INT_MAX将为（2^31）-1，UINT_MAX将为（2^32）-1。请注意，将UINT_MAX强制转换为int将为-1。 - ProdigySim

通常情况下，这是指C标准要求它们（对于托管系统）。 - Jim Balter

实际上，即使在独立系统（即非托管系统）中，这些宏（位于<limits.h>中）也是必需的。 - DevSolar

Answer 2

在我看来，这个问题是一个常见的问题。正如各种答案中所述，将不在范围[0，INT_MAX]内的无符号值分配给变量是实现定义的，甚至可能会引发信号。如果将无符号值视为有符号数字的二进制补码表示，则可能最便携的方法是以下代码片段所示的方式：

#include <limits.h>
unsigned int u;
int i;

if (u <= (unsigned int)INT_MAX)
  i = (int)u; /*(1)*/
else if (u >= (unsigned int)INT_MIN)
  i = -(int)~u - 1; /*(2)*/
else
  i = INT_MIN; /*(3)*/

• 第一条分支是显而易见的，不会引发任何溢出或陷阱，因为它保留了值。

• 第二条分支为避免有符号整数溢出而采取了一些措施，它通过按位非运算对值进行一次补码，将其转换为“int”（现在无法溢出），然后取反该值并减去1，这里也不会溢出。

• 第三条分支提供了我们必须接受的毒药，即针对补码或符号/大小目标的一次补码，因为有符号整数表示范围小于二进制补码表示范围。

这可能会归结为在二进制补码目标上的简单移动；至少我观察到GCC和CLANG也是这样。如果想将执行限制为二进制补码目标，则可以将代码压缩为:

#include <limits.h>
unsigned int u;
int i;

if (u <= (unsigned int)INT_MAX)
  i = (int)u; /*(1)*/
else
  i = -(int)~u - 1; /*(2)*/

该配方适用于任何有符号/无符号类型对，并且最好将代码放入宏或内联函数中，以便编译器/优化器可以解决它。（在这种情况下，使用条件运算符重写该配方是有帮助的。但它不太易读，因此不是解释该策略的好方法。）

是的，一些到 'unsigned int' 的强制转换是多余的，但它们可能有助于非专业读者，某些编译器会发出有关有符号/无符号比较的警告，因为隐式转换会导致一些不直观的语言设计行为。

- Pearly

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你确定(unsigned int)INT_MIN是被良好定义的吗？ - Dan Bechard

是的。只要编译器头文件以应该的方式定义INT_MIN，即带有最负可能值的有符号整数，从负有符号整数到无符号整数的转换就是明确定义的，并且始终产生二进制补码的位模式。 - Pearly

Answer 3

无符号整型可以通过下面的简单表达式转换为有符号整型（反之亦然）：

unsigned int z;
int y=5;
z= (unsigned int)y;   

尽管与问题无关，您可能想阅读以下链接：

• C语言中有符号到无符号的转换-是否总是安全的？
• 无符号整数和有符号整数的性能比较
• C语言中无符号值和有符号值
• 发生了什么类型转换？

- Saurabh Gokhale

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我认为你在上面的表达式中想要说的是"z = (unsigned int)y;"。由于y已经是一个int，将其强制转换为int有点毫无意义... - A. Levy

Answer 4

如果您有一个变量unsigned int x;，您可以使用(int)x将其转换为int。

- Jeremiah Willcock

Answer 5

就是这么简单：

unsigned int foo;
int bar = 10;

foo = (unsigned int)bar;

或者反过来...

- DarkDust

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强制类型转换通常是为了掩盖不正确的代码，使其更加冗余和难看。在 C 语言中，赋值操作本质上包括对于那些有意义的类型进行转换（甚至包括一些没有意义的类型）。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

这并不是真的，如果你正在检查是否经过了一定的时间，那么这实际上是一个相当常见的问题。你的间隔应该是一个无符号整数，因为它没有被签名是没有意义的，但是time_t总是被签名的，所以它可以表示1970年之前的日期。如果在执行if ((now - then) > interval)时不进行转换，编译器将会生成警告。 - Arran Cudbard-Bell

Answer 6

如果在同一表达式中使用无符号整数和（有符号）整数，则有符号整数会被隐式转换为无符号整数。这是 C 语言的一个相当危险的特性，因此您需要注意。它可能是您的错误的原因，也可能不是。如果您想要更详细的答案，您需要发布一些代码。

- Lundin

Answer 7

来自C++Primer第五版第35页的一些解释

如果我们将一个超出无符号类型对象范围的值赋给它，结果是该值模目标类型可以容纳的值的数量的余数。

例如，一个8位无符号字符可以容纳从0到255（包括）的值。如果我们分配一个超出此范围的值，则编译器会分配该值模256的余数。

unsigned char c = -1; // assuming 8-bit chars, c has value 255

如果我们将一个超出范围的值赋给有符号类型的对象，结果是未定义的。程序可能会正常工作，也可能会崩溃，或者产生垃圾值。

第160页： 如果任何操作数是无符号类型，则操作数转换的类型取决于机器上整数类型的相对大小。

... 当有符号性不同时，且无符号操作数的类型与有符号操作数的类型相同或更大时，有符号操作数将被转换为无符号操作数。

剩下的情况是有符号操作数比无符号操作数具有更大的类型。在这种情况下，结果取决于机器。如果无符号类型中的所有值都适合大型类型，则无符号操作数将被转换为有符号类型。如果值不适合，则有符号操作数将被转换为无符号类型。

例如，如果操作数是长整型和无符号整型，并且int和long具有相同的大小，则长度将被转换为无符号整型。如果long类型具有更多位，则无符号整型将被转换为long。

我发现阅读这本书非常有帮助。

- Jixuan Cheng

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如果我们将一个超出有符号类型对象范围的值赋给它，结果是未定义的 - 这是错误的，实际上它是实现定义的。 - M.M

此外，这是一个C语言问题，但您引用了一个C++的参考文献。C和C++是不同的编程语言。 - M.M