为什么C中有无符号和有符号的int类型？

我是C语言的初学者。我最近学习了

2的补码

和其他表示负数的方法，以及为什么

2的补码

最合适

我想问的是，比如

int a = -3;
unsigned int b = -3; //This is the interesting Part.

现在，对于int类型的转换

标准上说：

6.3.1.3有符号和无符号整数

当整数类型的值转换为除_Bool以外的其他整数类型时，如果 该值可以由新类型表示，但保持不变

否则，如果新类型是无符号的，则通过重复添加或 比新类型中可以表示的最大值多减去一个 直到值在新类型的范围内

第一段不能用作

-3

不能用

无符号int

表示

因此，第2段开始起作用，我们需要知道无符号int的最大值。它可以在limits.h中找到UINT\u MAX。这种情况下的最大值为

4294967295

，因此计算为：

-3 + UINT_MAX + 1 = -3 + 4294967295 + 1 = 4294967293  

现在二进制中的

4294967293

是

111111111111111111111111111111 01

，而2的补码形式中的

-3

是

111111111111111111111111 01

，所以它们基本上是相同的位表示，无论我试图将哪个负整数赋给无符号int，它都是相同的。所以无符号类型不是多余的

现在我知道，根据标准，

printf（“%d”，b）

是一种未定义的行为，但这不是一种合理且更直观的做事方式吗。如果负数表示为

2的补码

，那么表示将是相同的，这就是我们现在所拥有的，并且使用的其他方法很少，并且很可能不会在未来的开发中使用

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因此，如果我们只能有一种类型，比如int，那么现在如果

intx=-1

，那么

%d

检查符号位，如果符号位是

1

和

%u

则打印负数，始终按原样解释普通二进制数字（位）。由于使用了

2的补码

，因此已经处理了加法和减法。因此，这不是一种更直观、更简单的做事方式吗。

同时具备输入、输出和计算功能非常方便。例如，比较和除法分为有符号和无符号两种（顺便说一句，在位级，无符号和2的补码有符号类型的乘法是相同的，就像加法和减法一样，两者可以编译成CPU的相同乘法指令）。此外，在溢出的情况下，无符号操作不会导致未定义的行为（除被零除外），而有符号操作会。总的来说，无符号算术定义良好，无符号类型只有一种表示形式（与有符号类型的三种不同表示形式不同，尽管目前实际上只有一种表示形式）

有一个有趣的转折。现代C/C++编译器利用签名溢出导致未定义行为这一事实。逻辑是它永远不会发生，因此可以进行一些额外的优化。如果它真的发生了，标准说这是未定义的行为，你的错误程序在法律上是错误的。这意味着您应该避免签名溢出和所有其他形式的UB。然而，有时您可以仔细编写代码，这些代码不会产生UB，但使用有符号算术比使用无符号算术更有效

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请研究未定义、未指定和实现定义的行为。它们都列在标准末尾的一个附件（J？）中。

我的答案更抽象，在我看来，在C语言中，你不应该关心整数在内存中的表示。C语言把这个抽象给你，这很好

将整数声明为无符号是非常有用的。这假设该值永远不会为负值。与浮点数句柄实数一样，

有符号

整数句柄。。。整数和无符号整数处理自然数

当您创建负整数将导致未定义行为的算法时。可以确保无符号整数值永远不会为负。例如，当您迭代数组的索引时。负索引将导致未定义的行为

另一件事是当您创建一个公共API时，当您的一个函数需要一个大小、长度、权重或任何在负值中没有意义的东西时。这有助于用户理解此值的用途

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另一方面，有些人不同意，因为

unsigned

的算法并不像人们最初期望的那样有效。因为当一个

无符号的
等于零时，它将递减，它将传递到一个非常大的值。有些人期望他能与
-1
相等。例如：

// wrong
for (size_t i = n - 1; i >= 0; i--) {
  // important stuff
}

这会产生一个无限循环，甚至更糟的是，如果n等于零，编译器可能会检测到它，但不是一直检测到：

// wrong
size_t min = 0;
for (size_t i = n - 1; i >= min; i--) {
  // important stuff
}

使用无符号整数执行此操作需要一些技巧：

size_t i = n;
while (i-- > 0) {
  // important stuff
}


在我看来，在语言中有无符号整数是非常重要的，没有无符号整数C是不完整的。
我认为一个主要原因是运算符和运算取决于有符号性。

您已经观察到，如果有符号类型使用2的补语，则有符号类型和无符号类型的add/subtract行为相同（并且您忽略了这样一个事实，即“if”有时并非如此）

在许多情况下，编译器需要有符号的信息来理解程序的目的

1。整数促销。

当较窄的类型转换为较宽的类型时，编译器将根据操作数的类型生成代码

例如，如果将
带符号的短字符
转换为
带符号的整数
和<
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <inttypes.h>

int main(void) {
    // your code goes here
    int32_t a=-1;
    int32_t b=-1;
    int64_t c = (int64_t)a * b;
    printf("signed: 0x%016"PRIx64"\n", (uint64_t)c);

    uint32_t d=(uint32_t)-1;
    uint32_t e=(uint32_t)-1;
    uint64_t f = (uint64_t)d * e;
    printf("unsigned: 0x%016"PRIx64"\n", f);

    return 0;
}