当我在 C++ 中混合有符号和无符号类型时会发生什么？

Question

我对类型转换有一些疑问，你能解释一下这样的表达式中会发生什么吗：

unsigned int u = 10; 
int a = -42; 
std::cout << u - a << std::endl;

在这里，我知道如果我在有两个数学运算符时应用规则，结果将是

52

。

但是，我想知道当编译器必须将 a 转换为无符号值并创建无符号类型的临时对象时会发生什么，之后会发生什么？现在的表达式应该是

10 - 4294967254

。

Answer 1

简单来说，如果混合相同等级的类型（按

int

、

long int

、

long long int

的顺序），则无符号类型“获胜”，并且计算将在该无符号类型内执行。结果是相同的无符号类型。

如果混合不同等级的类型，如果等级较高的类型可以代表等级较低的类型的所有值，则等级较高的类型“获胜”。计算是在该类型内执行的。结果就是这样的。

最后，如果较高排序类型不能表示较低排序类型的所有值，则使用较高排序类型的无符号版本。结果就是这样的。

在您的情况下，您混合了相同等级的类型（

int

和

unsigned int

），这意味着整个表达式在

unsigned int

类型内求值。正如您正确所述，表达式现在是

10 - 4294967254

（对于 32 位

int

）。无符号类型遵循以

2^32

(

4294967296

) 作为模的模算术规则。如果你仔细计算一下结果（可以用算术表示为

10 - 4294967254 + 4294967296

），结果会是预期的

52

。

Answer 2

1. 根据标准转换规则，

   signed

   类型

   a

   在减法之前会转换为

   unsigned

   类型。该转换根据 [conv.integral] p3:
发生

否则，结果是目标类型的唯一值，该值与源整数模 2^N 一致，其中 N 是目标类型的宽度。

在代数上，

a

成为一个非常大的正数，并且肯定大于

u

。

2. u - a

   是一个无名临时对象，属于

   unsigned

   类型。 （您可以通过编写

   auto t = u - a

   并在调试器中检查

   t

   的类型来验证这一点。）从数学上讲，这首先是一个负数，但在隐式转换为

   unsigned

   类型之后，类似于上面的环绕规则被调用。

简而言之，这两个转换操作具有相等且相反的效果，结果将是

52

。实际上，编译器可能会优化所有这些转换。

Answer 3

这是反汇编代码，其中表示：首先将

-42

设置为其补码并执行子操作。所以结果是

10 + 42

0x0000000000400835 <+8>:    movl   $0xa,-0xc(%rbp)
0x000000000040083c <+15>:   movl   $0xffffffd6,-0x8(%rbp)
0x0000000000400843 <+22>:   mov    -0x8(%rbp),%eax
0x0000000000400846 <+25>:   mov    -0xc(%rbp),%edx
0x0000000000400849 <+28>:   sub    %eax,%edx
0x000000000040084b <+30>:   mov    %edx,%eax`