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C語言進階【暑期特別篇】深入解剖（un）signed及溢出（中）

編輯：關於C語言

C語言學習筆記

之深入剖析un）signed char 及溢出

一：signed char 和unsigned char 的取值范圍

Char和int 一樣，都有有符號和無符號之說。即unsigned char和signed char。

1.C語言中我們用的char默認到底是有符號還是無符號的呢？

對於不同的教材會有不同的答案，其實有無符號都是自己電腦的編譯器決定的。注意：我的電腦默認是有符號的，以下實例都是按我的電腦默認的程序）

2. 有）無符號 char類型的取值范圍。

我們知道char類型所占據的空間內存一般是1個字節8位），signed char和unsigned char當然也是占1個字節8個位數。但是和int類型一樣，它們的取值范圍是有區別的。

Unsigned char類型的取值范圍是：0~255

Signed char類型的取值范圍是：-128~127

二：signed char 和 unsigned char 的溢出問題

其值在范圍內時，會被正常處理，但是超過范圍就會發生我們所說的溢出。但是要注意的是，在范圍之內也並不意味著它就是可打印的字符。

1. 來看一下unsigned char類型的溢出問題

關於上界溢出

十進制

二進制

值

254

1111 1110

254

255

1111 1111

255

256

？

257

？

關於下界溢出

十進制

二進制

值

0000 0010

0000 0001

0000 0000

-1

？

-2

？

我們已經說過了unsigned char 的取值范圍是0~255，通過上述兩個表格：

在上界中254，255都能正常表示，那256和257它們不在計算機分配的范圍之內，它們是溢出了，那問號處的值應該怎麼表示呢？

同樣的，在下界中，0，1和2都在范圍之內，能正常表示，-1和-2很明顯溢出越界了，那怎麼表示呢？

2.再來看一下signed char類型的溢出問題

關於上界溢出

十進制

二進制

值

126

0111 1110

126

127

0111 1111

127

128

？

129

？

關於下界溢出

十進制

二進制補碼形式）

值

-127

1000 0001

-127

-128

1000 0000

-128

-129

？

-130

？

我們也已經知道了signed char的取值范圍是：-128~127.

在上界中，126和127在范圍之內，都能正常顯示值。但是128和129呢？

在下界中，-127和-128在范圍之內，都能正常顯示值。但是-129和-130呢？

三：signed char 溢出的表示

1.程序實例驗證一下signed char中溢出的數字的值求signed char溢出中的問題）

#include <stdio.h>
main()
{
    signed char a=126,b=127,c=128,d=129;
    printf("a=%d\nb=%d\nc=%d\nd=%d\n",a,b,c,d);
}

#include <stdio.h>
main()
{
    signed char a=-127,b=-128,c=-129,d=-130;
    printf("a=%d\nb=%d\nc=%d\nd=%d\n",a,b,c,d);
}

從上述兩個程序中，我們不難得出以下結論的表格數據。

2.給出signed char溢出問題表格的答案：

關於上界溢出

十進制

二進制

值

126

0..0 0111 1110

126

127

0..0 0111 1111

127

128

1..1 1000 0000

-128

129

1..1 1000 0001

-127

關於下界溢出

十進制

二進制補碼形式）

值

-127

1..1 1000 0001

-127

-128

1..1 1000 0000

-128

-129

0..0 0111 1111

127

-130

0..0 0111 1110

126

注：0..0 表示24個0，1..1表示24個1

3.解析

從上述兩個表格中可以看到，不管是否超過上下屆，不管是負數還是正數，每增加減少）一個單位，就直接在二進制表示的最後一位上加減）1個單位。

並且相加和相減時，都先不看前24位，如果倒數第8位變為1，則前面24位全部設置為1，該數被解釋為負數；如果倒數第8位變為0，則前面24位全部設置為0，該數被解釋為正數。

我們來分別看看。

1）126和127

126和127是范圍之內的數字，他們的值是遵從規則的。所以他們的值也是126和127，並沒有越界。

2）128

從程序實驗和上表的結論中，我們得出了128的值竟然是-128.128這個數字是越界的數字，是127+1。

這時會在127的最後8位上加1，也就是在0..0 0111 1111的後8位0111 1111上加1，變為1000 0000。倒數第8位變成了1，所以前24個位也全部變為1，所以該數被表示為負數。它的值為 -1*2^7+0=-128。

根據負數的值在計算機中是以補碼的形式存儲的理論，也就是說1000 0000是補碼，即：-128在計算機中是以1000 0000存儲的，-128的原碼是1000 0000補碼）減1，再取反，結果還是1000 0000原碼）。

3）129

129和128的取值也是一樣的道理。129是127+2或者128+1，拋開前24位不說，它的二進制為1000 0001，倒數第8位為1，所以前24位也為1，並且為負數。所以它的值表示為： -1*2^7+1=-127.

根據負數的值在計算機中是以補碼的形式存儲的理論，1000 0001是補碼，即：-127在計算機中是以1000 0001存儲的，-127的原碼是1000 0001補碼）減1，再取反，結果是0111 1111原碼）。

4）-127和-128

這兩個數字都是在范圍之內沒有什麼可說的了吧，並且它們的二進制形式也剛剛講過了。

5）-129

-129是-128-1所得，所以-128的最後8位是1000 0000，減去1變為0111 1111，前面24位全部置位0，且該數被解釋為正數，其值為2^0+2^1+2^2+2^3+2^4+2^5+2^6=2^7－1=127

6）-130

-127的最後8位是1000 0001，減去3變為0111 1110，前面24位全部保持0，且該數被解釋為正數，其值為2^1+2^2+2^3+2^4+2^5+2^61=126

四：unsigned char 溢出的表示

看了上述的講解，我相信讀者一定對unsigned char也明白了，無符號無非就是取值范圍不一樣而已。不過我們還是來一起看一下。總覺得不放心呵呵

1.程序實例驗證一下unsigned char中溢出的數字的值求unsigned char溢出中的問題）

#include <stdio.h>
main()
{
    unsigned char a=254,b=255,c=256,d=257;
    printf("a=%u\nb=%u\nc=%u\nd=%u\n",a,b,c,d);
}

#include <stdio.h>
main()
{
    unsigned char a=1,b=0,c=-1,d=-2;
    printf("a=%u\nb=%u\nc=%u\nd=%u\n",a,b,c,d);
}

從上述兩個程序中，我們不難得出以下結論的表格數據。

2.給出unsigned char溢出問題表格的答案：

關於上界溢出

十進制

二進制

值

254

0..0 1111 1110

254

255

0..0 1111 1111

255

256

0..0 0000 0001

257

0..0 0000 0001

關於下界溢出

十進制

二進制

值

0..0 0000 0010

0..0 0000 0001

0..0 0000 0000

-1

0..0 1111 1111

255

-2

0..0 1111 1110

254

注：0..0 表示24個0，1..1表示24個1

3.解析

其實和有符號基本相同，唯一的差別就是，前面的24位一直都是0，並且該數永遠都是正數。我們說幾個吧。

比如256，256=255+1所得，255為0..0 1111 1111，然後加1，雖然255的全碼都是1，再加1貌似沒法加了,但是我們仍可將1111 1111前面一位加1，最後得到0001 0000 0000，之後我們就只看後8位即可，所以256的值是0.

比如-1，-1=0-1所得，0000 0000減1相當於減去0000 0001，雖然0的全碼是0…0 0000 0000，似乎往上也沒法借位，但是我們仍可將0000 0000前面一位加上1，看做0001 0000 0000減去0000 0000 0001，最後得到0000 1111 1111，我們直接取最後8為即可。

五：疑惑

對於無符號型，前24位永遠為0，對於有符號型，前24位永遠和倒數第8位一樣。這個定律可要記清楚了

不知道和大家學習了有無符號char類型以及幾個例子，有沒有對unsigned 和signed了解了很多呢。在上一篇C語言進階暑期特別篇】深入解剖un）signed及溢出上）中的unsigned int和signed int其實和我們這一篇講的是一個道理。

看完C語言進階暑期特別篇】深入解剖un）signed及溢出上）和C語言進階暑期特別篇】深入解剖un）signed及溢出中）兩篇文章後，我和讀者都有一個問題和疑惑，在程序中定義什麼類型就以什麼類型輸出的，如果不是呢？比如：變量a定義為unsigned無符號），但是我們在輸出的時候以signed(有符號)%d）輸出，那又會如何呢？相同的，定義為signed，但是以unsigned輸出，結果又會是如何呢？

這個問題就在下一篇文章C語言進階暑期特別篇】深入解剖un）signed及溢出下）中學習吧。下一篇中我們主要是以一個實際的程序例子來展開陳述，來總結有無符號。

本文出自 “趙玉強的博客” 博客，請務必保留此出處http://zhaoyuqiang.blog.51cto.com/6328846/1259300