C语言详细解析有符号数与无符号数的表示

一、计算机中的符号位

数据类型的最高位用于标识数据的符号

• 最高位为1，表明这个数为负数
• 最高位为0，表明这个数为正数

下面看一段代码，用于判断数据的符号：

#include <stdio.h>
int main()
{
    char c = -5;
    short s = 6;
    int i = -7;
    printf("%d\n", ( (c & 0x80) != 0 ));
    printf("%d\n", ( (s & 0x8000) != 0 ));
    printf("%d\n", ( (i & 0x80000000) != 0 ));
    return 0;
}

下面为输出结果：

这段代码核心思想就是判断最高位为是不是 1，再做逻辑运算，如果为 1，那么运算后就是 1，否则就是 0 。

二、有符号数的表示法

在计算机内部用补码表示有符号数

• 正数的补码为正数本身
• 负数的补码为负数的绝对值各位取反后加1

如：

8位整数 5 的补码为：0000 0101

8位整数 -7 的补码为：11111001

16位整数 20 的补码为：0000 0000 0001 0100

16位整数- 13 的补码为：1111 1111 1111 0011

三、无符号数的表示法

在计算机内部用原码表示无符号数

• 无符号数默认为正数
• 无符号数没有符号位

对于固定长度的无符号数

• MAX_VALUE（所能表示的最大值）+ 1 --> MIN_VALUE（所能表示的最小值）
• MIN_VALUE - 1 --> MAX_VALUE

四、signed 和 unsigned

• C 语言中变量默认为有符号的类型
• unsigned 关键字声明变量为无符号类型

注意：C语言中只有整数类型能够声明 unsigned 变量

下面看一段无符号数碰上有符号数的代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
    unsigned int i = 5;
    int j = -10;
    if( (i + j) > 0 )
    {
        printf("i + j > 0\n");
    }
    else
    {
        printf("i + j <= 0\n");
    }
    return 0;
}

下面为输出结果：

i 为 5，j 为 -10，按理说两者相加应该输出为 i + j < 0，为什么会大于 0 呢？这是因为当无符号数与有符号数混合计算时，会将有符号数转换为无符号数后再进行计算，结果为无符号数。

再来看一个错误使用 unsigned 的例子：

#include <stdio.h>
int main()
{
    unsigned int i = 0;
    for(i=9; i>=0; i--)
    {
        printf("i = %u\n", i);
    }
    return 0;
}

下面为部分输出结果：

这是由于 i 为 unsigned 类型，减到 0 后，再减1，就变成了最大值，所以程序就会这样输出。

五、小结

有符号数用补码表示

• 正数的符号位为0
• 负数的符号位为1

无符号数用原码表示

• 无符号数没有符号位
• 无符号数只用于表示正数

unsigned 只能修饰整数类型的变量