C語言有符號數與無符號數怎么表示

C語言有符號數與無符號數怎么表示

在C語言中，整數類型可以分為有符號數（signed）和無符號數（unsigned）。這兩種類型的表示方式在內存中的存儲形式有所不同，理解它們的區別對于編寫高效且正確的代碼至關重要。

1. 有符號數（Signed）

有符號數可以表示正數、負數和零。C語言中的有符號整數類型包括 int、short、long 等。默認情況下，這些類型都是有符號的。

1.1 表示方式

有符號數通常采用二進制補碼（Two’s Complement）表示法。補碼表示法的優點是可以統一處理加法和減法運算，并且只有一個零的表示。

• 最高位（Most Significant Bit, MSB）是符號位：

  • 0 表示正數或零。
  • 1 表示負數。

• 數值部分：其余位表示數值的絕對值。

例如，一個8位的有符號整數： - 00000001 表示 +1 - 10000001 表示 -127（在補碼表示法中）

1.2 范圍

對于一個 n 位的有符號整數，其表示范圍為： - 最小值：-2^(n-1) - 最大值：2^(n-1) - 1

例如，一個8位的有符號整數： - 最小值：-128（10000000） - 最大值：127（01111111）

2. 無符號數（Unsigned）

無符號數只能表示非負數（即正數和零）。C語言中的無符號整數類型包括 unsigned int、unsigned short、unsigned long 等。

2.1 表示方式

無符號數的所有位都用于表示數值，沒有符號位。因此，無符號數的表示范圍比有符號數更大。

例如，一個8位的無符號整數： - 00000001 表示 1 - 11111111 表示 255

2.2 范圍

對于一個 n 位的無符號整數，其表示范圍為： - 最小值：0 - 最大值：2^n - 1

例如，一個8位的無符號整數： - 最小值：0（00000000） - 最大值：255（11111111）

3. 有符號數與無符號數的轉換

在C語言中，有符號數和無符號數之間的轉換可能會導致意想不到的結果，尤其是在涉及負數的情況下。

3.1 有符號數轉無符號數

當有符號數轉換為無符號數時，負數會被解釋為一個很大的正數。例如：

int a = -1;
unsigned int b = (unsigned int)a;
printf("%u\n", b);  // 輸出 4294967295（假設是32位系統）

3.2 無符號數轉有符號數

當無符號數轉換為有符號數時，如果無符號數的值超出了有符號數的表示范圍，結果將是未定義的（Undefined Behavior）。

unsigned int a = 4294967295;
int b = (int)a;
printf("%d\n", b);  // 輸出 -1（假設是32位系統）

4. 總結

• 有符號數可以表示正數、負數和零，采用補碼表示法。
• 無符號數只能表示非負數，所有位都用于表示數值。
• 在有符號數和無符號數之間進行轉換時，需要注意數值的范圍和可能的溢出問題。

理解有符號數和無符號數的表示方式及其轉換規則，有助于避免在編程中出現難以察覺的錯誤。