【重磅】“整型數”還真沒那么簡單(C語言版)
1、簡單聊一聊
1、整形的存儲
1)說說數據的存儲
數據對于存儲器而言都是二進制的0101...，也就是我們所說的機器碼。而我們所定義的類型就相當于確定了這塊內存占據多大的位置和以怎么這樣的方式進行解析。比如說16進制:0xFF,在unsigned char中表示255，而在signed char中表示-1，其他數據類型也是類似的道理。如果你再看得抽象一點把指針拿過來一起理解，可以把變量看成是地址固定不變的指針。
2)聊聊原碼、反碼、補碼
先上理論知識:(注意:浮點數不是以該方式存儲)
原碼：
正數:符號位為0，其他為正常二進制。
負數:符號位為1，其他為絕對值二進制。
反碼：
正數:與原碼一致。
負數:符號位為1，其他位按位取反。
補碼：
正數:與原碼一致。
負數:反碼+1。
對于整形數計算機上的存儲都是以補碼的形式進行存儲，那么對于正數就按照正常的二進制進行存儲，而負數則對原碼進行反碼+1存儲，在我們平時進行仿真或者調試過程中用無符號輸出負數會有一個非常大的數據，其實這個數據就是該負數的補碼。
比如:char類型的-3，其原碼為1000 0011-->反碼為11111100-->其補碼為:11111101，如果我們采用unsigned char類型顯示則為:253，如果我們知道原碼那就反過來進行計算即可。同樣其他整形數據類型也是一樣的實現方式。
2、整形溢出問題
1)為什么用補碼存儲?
大家應該都知道1 - 1 = 1 + (-1) = 0,那么計算機為了簡化運算就把(-1)用另外一種方式存儲，這樣計算機就只需要進行加法運算，于是便產生了補碼。同樣四則運算中的乘法和除法運算都可以通過加法進行表示。(有一種"道生一、一生二、二生三、三生萬物"的精妙)
通過上面我們也可以看出直接用原碼進行計算，最終結果竟然成為了-2，明顯不符合；而采用補碼計算，由于采用byte計算，進位被截斷了，從而獲得了最終的結果0.同時使用補碼的形式也規(guī)避掉了原碼中0映射問題，如下圖所示。
2)數據溢出問題
這里我以char和unsigned char類型來進行說明，對于其他整形數據同樣分析即可，首選我們來看看使用補碼以后的數據表示范圍問題，目前最經典的圖形表示方法就是采用環(huán)形表示，如下圖:
這樣表示的好處是，一旦數據溢出，直接順著變化的方向即可找到對應的值。這里也貼出實驗的代碼如下:
1#include <stdio.h>
2#include <stdlib.h>
3/********************************************************
4 * Fuction:測量char類型數據溢出問題
5 * Author :(公眾號:最后一個bug)
6 *******************************************************/
7int main(int argc, char *argv[]) {
8 char Val = 5;
9 char Val1 = 123;
10 unsigned char Val2 = 5;
11 unsigned char Val3 = 123;
12 int i = 0;
13
14 printf("char | char | uchar | uchar\n");
15 printf("-----------------------------------------------\n");
16 for(i = 0;i < 9;i++)
17 {
18 printf("%4d ****** ",--Val);
19 printf("%4d ****** ",++Val1);
20 printf("%4d ****** ",--Val2);
21 printf("%4d\n",++Val3);
22 }
23 printf("\n公眾號:最后一個bug\n");
24}最終輸出的結果與我們的環(huán)形結構是相符合的，結果如下:
3)它來了?。?！
提個幾個問，有符號char類型中的-128取相反數會獲得什么值?無符號取相反數又等于什么呢?不防敲個代碼實驗下，代碼簡單直接上結果:
我們可以得出結論:相反數直接關于環(huán)形對稱。同樣其他的數據類型也是同樣的性質，僅僅只是數據范圍變大了。
3、算數轉化
1)算數轉化(前方高能)
首先我們來看一下一段簡單的代碼:(前方高能??！)
1#include <stdio.h>
2#include <stdlib.h>
3/********************************************************
4 * Fuction: 算數轉化測試
5 * Author :(公眾號:最后一個bug)
6 *******************************************************/
7int main(int argc, char *argv[]) {
8 int Val1 = -2;
9 unsigned int Val2 = 1;
10
11 if(Val1 > Val2)
12 {
13 printf("-2 > 1\n");
14 }
15 else
16 {
17 printf("-2 < 1\n");
18 }
19 printf("\n公眾號:最后一個bug\n");
20}了解算數轉化概念的小伙伴應該都知道，該程序并不會輸出我們常規(guī)的-2 < 1，而是輸出-2 > 1這個結果，這個與我們的常規(guī)結果有點不符合。(眼見為實，下圖看結果)
2)匯編來坐鎮(zhèn)
作者第一個接觸到這個問題的時候都懷疑人生了，這C也太坑了，一言不合就把我給弄得團團轉。既然C這樣做肯定有其原因吧，分析疑難雜癥從匯編做起:(DevC++,gcc-32bit)
我們看到if語句對應的匯編cmp指令和jbe跳轉指令；其中jbe用于判斷無符號跳轉指令，那么會把EAX直接當成無符號類型進行處理，從而得到了我們上述的結果，如果你把上面的代碼Val2改成int類型，然后查看匯編文件會得到如下結果:
其中唯一的區(qū)別就是jle，該匯編指令為有符號條件轉移指令，你可以編譯一下能夠得到我們想要的結果。
3)算數轉化總結
我們這里所說的算數轉化其實就是一種隱式的強制類型轉化，我們平時大部分都是使用的顯示強制類型轉化，就像我們上面的程序，其實這種情況是比較危險的，我們大部分匯編指令都是具有相同類型操作數，那么如果操作數類型不同，系統(tǒng)會根據數據類型的優(yōu)先級進行自動轉化。(大家可以參考下面的類型進行對應處理)
原則:數據都是優(yōu)先轉化為長數據類型，浮點與整形優(yōu)先轉化為浮點運算，無符號與有符號優(yōu)先轉化為無符號。
4、整形數據的提升
經常有很多小伙伴把整形提升與算數轉化混合一起談，其實算數轉化是為了讓操作數一致而進行的隱式類型轉化，而整形提升是對于短類型轉化為長類型進行處理的一種方式，這個是必然的過程，不管類型是否一致。
1#include <stdio.h>
2#include <stdlib.h>
3/********************************************************
4 * Fuction:整形提升
5 * Author :(公眾號:最后一個bug)
6 *******************************************************/
7int main(int argc, char *argv[]) {
8 char Val1 = 1;
9 unsigned char Val2 = 2;
10
11 printf("sizeof(Val1) = %d\n",sizeof(Val1));
12 printf("sizeof(-Val2) = %d\n",sizeof(-Val1));
13 printf("sizeof(Val2 - Val1) = %d\n",sizeof(Val2 - Val1));
14 printf("\n公眾號:最后一個bug\n");
15}最終輸出的結果:
解析一下：
對于整形提升，其實主要是為了增加CPU運算效率，就跟我們前面說補碼一樣，CPU只想用加法就能夠實現4則運算，那么其處理數據也是一樣的，大部分的寄存器都是32位的(僅僅對于32位機器)，比如上面匯編中的EAX寄存器，CPU就想直接處理32位的數，并且效率也高，計算完畢以后再轉化為對應的類型獲得最后的結果，對于char等等這些短數據類型在進行運算或者比較的過程中都會采用int類型進行處理，如果有更加長的數據類型會優(yōu)先轉化為更長的數據類型。
5、最后小結
估計大家看完以后都不敢隨便寫代碼了，其實不要慌，在編碼的過程中一定要對每個變量的范圍和變化都要了然如胸，在進行運算操作的時候最好是相同類型，切記最好不要將有符號和無符合混合使用，如果硬要混合記得顯式強制類型轉換。
好了，這里是公眾號:“最后一個bug”，一個為大家打造的技術知識提升基地。同時非常感謝各位小伙伴的支持，我們下期精彩見！
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