如果我将负值赋给无符号变量会发生什么？

Question

我很想知道如果我为无符号变量分配负值会发生什么。

代码看起来有点像这样。

unsigned int nVal = 0;
nVal = -5;

它没有给我任何编译器错误。当我运行程序时，

nVal

被分配了一个奇怪的值！是否有可能某个 2 的补码值被分配给

nVal

？

Answer 1

官方答案 - 第 4.7 节 conv.integral

“如果目标类型是无符号的，则结果值是与源整数一致的最小无符号整数（模 2ⁿ，其中

n

是用于表示无符号类型的位数）。[注：In二进制补码表示，这种转换是概念性的，位模式没有变化（如果没有截断）。—尾注]

这本质上意味着，如果底层架构存储在不是补码的方法中（例如有符号数或补码），则到无符号的转换必须表现得就像是补码一样。

（C++20 及更高版本要求有符号整数使用 2 的补码，但早期版本的标准允许使用其他表示形式。）

“...全等...”部分意味着您添加或减去 2ⁿ 直到该值位于无符号类型的值范围内。对于 2 的补码，这意味着进行 2 的补码符号扩展或截断。对于相同的宽度，位模式不变，因为添加 2ⁿ 是无操作：2

n

的低 ⁿ 位全部为零。 2 的补码加法/减法与无符号的按位运算相同，这就是它的特殊之处。

Answer 2

它将把代表 -5（2 的补码）的位模式分配给 unsigned int。这将是一个很大的无符号值。对于 32 位整数，这将是 2^32 - 5 或 4294967291

Answer 3

你是对的，有符号整数以 2 的补码形式存储，无符号整数以 无符号二进制表示形式 存储。 C（和 C++）不区分两者，因此最终得到的值只是 2 的补码二进制表示形式的无符号二进制值。

Answer 4

它将显示为最大无符号整数 - 4 的正整数值（值取决于计算机体系结构和编译器）。

顺便说一句
您可以通过编写一个简单的 C++“hello world”类型程序来检查这一点并亲自查看

Answer 5

是的，你是对的。分配的实际值类似于除第三位之外的所有位设置。 -1 是设置的所有位（十六进制：0xFFFFFFFF），-2 是除第一个之外的所有位，依此类推。您将看到的可能是十六进制值 0xFFFFFFFB，其十进制对应于 4294967291。

Answer 6

当您为无符号变量分配负值时，它会使用 2 的补码方法来处理它，在该方法中，它将所有 0 翻转为 1，将所有 1 翻转为 0，然后加 1。在您的情况下，您正在处理 4 字节（32 位）的 int，因此它尝试对 32 位数字使用 2 的补码方法，这会导致较高位翻转。例如：

┌─[student@pc]─[~]
└──╼ $pcalc 0y00000000000000000000000000000101      # 5 in binary
        5                       0x5                     0y101
┌─[student@pc]─[~]
└──╼ $pcalc 0y11111111111111111111111111111010      # flip all bits  
      4294967290      0xfffffffa      0y11111111111111111111111111111010
┌─[student@pc]─[~]
└──╼ $pcalc 0y11111111111111111111111111111010 + 1  # add 1 to that flipped binarry
      4294967291      0xfffffffb      0y11111111111111111111111111111011

Answer 7

在 Windows 和 Ubuntu Linux 中，我检查过将任何负数（不仅仅是

-1

）分配给 C 和 C++ 中的无符号整数都会导致将值

UINT_MAX

分配给该无符号整数。

编译示例链接.