c/c++ 有符号數與無符号數的轉換

在開發中，經常會碰到有符号數與無符号數之間的轉換，有時是隐性，有時是顯性。如果不清楚其中規則，則可能帶來非常難以排查的bug。

下圖表示幾個常用的資料類型之間的轉換：

注：

1. 上表中使用大端格式表示資料

1. 上表中的資料為16進制

x：表示轉換前後的變量的值本身不發生變化，而解析方式改變(解析為有符号數或無符号數)

e：表示将發生零擴充（在開頭填0）

E：表示将發生符号擴充（填充最高有效位的值）

c：表示将發生截斷,保留低位，多餘的高位舍去

廢話少說，show the code：

/*
 * HOST: Linux 3.2.0-4-686-pae #1 SMP Debian 3.2.60-1+deb7u1 i686 GNU/Linux
 * GCC: Thread model: posix, gcc version 4.7.2 (Debian 4.7.2-5)
 * INFO: The basic data type conversion between signed and unsigned.
 *
 * */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;
typedef uchar * byte_pointer;

void show_bytes(byte_pointer addr, int size)
{
        int i = 0;

        for (i = 0; i < size; i++) {
                printf("%02x", addr[i]);
                if (i != size - 1)
                        printf(" ");
        }
        printf("\n");
}

int item_counter;
struct test_item {
        char *name;
        char buf[8];
        int len;
        byte_pointer p;
};

struct test_item *menu[100];

#define ITEM_ADD(f, t, d)                                                       \
        do {                                                                    \
                struct test_item *p;                                            \
                p       = (struct test_item*)malloc(sizeof(struct test_item));  \
                p->name         = #f"("#d") to "#t;                             \
                p->len          = sizeof(t);                                    \
                *(t*)p->buf     = (f)d;                                         \
                menu[item_counter++]    = p;                                    \
        }while(0)


int main(void)
{
        ITEM_ADD(char,  int,    0x5f);
        ITEM_ADD(char,  int,    0xff);
        ITEM_ADD(char,  uint,   0x5f);
        ITEM_ADD(char,  uint,   0xff);
        ITEM_ADD(uchar, int,    0x5f);
        ITEM_ADD(uchar, int,    0xff);
        ITEM_ADD(uchar, uint,   0x5f);
        ITEM_ADD(uchar, uint,   0xff);
        ITEM_ADD(int,   char,   0x5f);
        ITEM_ADD(int,   char,   0xffffffffu);
        ITEM_ADD(int,   uchar,  0x5f);
        ITEM_ADD(int,   uchar,  0xfffffffu);
        ITEM_ADD(uint,  char,   0x5f);
        ITEM_ADD(uint,  char,   0xfffffffu);
        ITEM_ADD(uint,  uchar,  0x5f);
        ITEM_ADD(uint,  uchar,  0xffffffu);

        int j;
        for (j = 0; j < item_counter; j++) {
                printf("%-28s", menu[j]->name);
                show_bytes((byte_pointer)menu[j]->buf, menu[j]->len);
                free(menu[j]);
        }

        return 0;
}

           

輸出結果（主機環境為小端格式，32位）：

總結：

有符号的占用空間小的資料類型（比如char）轉換到無符号或有符号的占用空間更大的資料類型（比如int，unsigned int）會進行符号擴充，也就是在多出來的高位全部用符号位填充。示例中的char(0xff)，符号位為1，為負數，故轉換為int、uint的結果都是0xff ff ff ff。char(0x5f)為正數，符号位為0，轉換後值不變。占用空間大的資料類型轉為占用空間小的資料類型時，隻取低位，高位會被截斷。其餘情況下，記憶體單元中的值不會發生變化，比如char轉為uchar，隻是解析方式發生改變。