C语言有符号数与无符号数怎么表示

在C语言中，整数类型可以分为有符号数（signed）和无符号数（unsigned）。这两种类型的表示方式在内存中的存储形式有所不同，理解它们的区别对于编写高效且正确的代码至关重要。

1. 有符号数（Signed）

有符号数可以表示正数、负数和零。C语言中的有符号整数类型包括 int、short、long 等。默认情况下，这些类型都是有符号的。

1.1 表示方式

有符号数通常采用二进制补码（Two’s Complement）表示法。补码表示法的优点是可以统一处理加法和减法运算，并且只有一个零的表示。

• 最高位（Most Significant Bit, MSB）是符号位：

  • 0 表示正数或零。
  • 1 表示负数。

• 数值部分：其余位表示数值的绝对值。

例如，一个8位的有符号整数： - 00000001 表示 +1 - 10000001 表示 -127（在补码表示法中）

1.2 范围

对于一个 n 位的有符号整数，其表示范围为： - 最小值：-2^(n-1) - 最大值：2^(n-1) - 1

例如，一个8位的有符号整数： - 最小值：-128（10000000） - 最大值：127（01111111）

2. 无符号数（Unsigned）

无符号数只能表示非负数（即正数和零）。C语言中的无符号整数类型包括 unsigned int、unsigned short、unsigned long 等。

2.1 表示方式

无符号数的所有位都用于表示数值，没有符号位。因此，无符号数的表示范围比有符号数更大。

例如，一个8位的无符号整数： - 00000001 表示 1 - 11111111 表示 255

2.2 范围

对于一个 n 位的无符号整数，其表示范围为： - 最小值：0 - 最大值：2^n - 1

例如，一个8位的无符号整数： - 最小值：0（00000000） - 最大值：255（11111111）

3. 有符号数与无符号数的转换

在C语言中，有符号数和无符号数之间的转换可能会导致意想不到的结果，尤其是在涉及负数的情况下。

3.1 有符号数转无符号数

当有符号数转换为无符号数时，负数会被解释为一个很大的正数。例如：

int a = -1;
unsigned int b = (unsigned int)a;
printf("%u\n", b);  // 输出 4294967295（假设是32位系统）

3.2 无符号数转有符号数

当无符号数转换为有符号数时，如果无符号数的值超出了有符号数的表示范围，结果将是未定义的（Undefined Behavior）。

unsigned int a = 4294967295;
int b = (int)a;
printf("%d\n", b);  // 输出 -1（假设是32位系统）

4. 总结

• 有符号数可以表示正数、负数和零，采用补码表示法。
• 无符号数只能表示非负数，所有位都用于表示数值。
• 在有符号数和无符号数之间进行转换时，需要注意数值的范围和可能的溢出问题。

理解有符号数和无符号数的表示方式及其转换规则，有助于避免在编程中出现难以察觉的错误。