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C/C++中有符号数隐式类型转换成无符号数需注意的问题

news 来源：原创 2024/5/21 0:58:09

文章目录

前言
举例
- 隐式转换
- 显示转换
问题
查找原因
总结

前言

隐式类型转换转换是一个挺基础的概念，即使对于初学者来说都不会陌生，一般情况下是指数据类型的转换是由编译系统自动进行的，不需要人工干预的类型转换方式。与之相对的是强制类型转换，在进行转换时必须使用强制类型转换运算符进行转换，这种也被称为显式转换。

举例

隐式转换

short sn = 999;
int n = sn;

显示转换

float f = 110.741f;
int n = (int)f;

这两种转换方式平时经常用到，不管是函数传参时进行转换，还是数学计算时进行强转，一直也没有发现有什么问题，直到昨天遇到了一个有符号数隐式转换成无符号数时，才发现这里也是一个知识盲点，当时脑瓜儿嗡嗡的，怎么连隐式类型转换也这么陌生了呢？

其实隐式类型转换一般发生在小类型转换成大类型时，有个常用的关系链 char -> short -> int -> long -> float -> double，当关系链条中出现无符号数字时，情况有些难以理解了（实际上是有符号数字的锅）。

问题

看一下这几行代码，如果你能准确说出程序的输出值，那么你已经掌握了这个知识点，后面的内容可以不用看了：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    char c = 128;
    unsigned int n = c;
    cout << n << endl;

    return 0;
}

这段代码的输出值是 4294967168，发生了啥？也就是说老板给你发工资时，本来想发128块，但是发工资的函数参数是 unsigned int 类型的，结果就给你发了 4294967168，一下就实现了40多个小目标。

查找原因

针对上面的代码我们改写一下，把变量 c 换成无符号类型：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    unsigned char c = 128;
    unsigned int n = c;
    cout << n << endl;

    return 0;
}

这次的输出值变成了 128, 符合我们的预期，回过头来再看看刚才出错的代码，区别就是变量c是否有符号，结果差了好几十亿。

这里导致结果差异的原因实际上是符号位引起的，如果是无符号数字，从小类型到大类型隐式类型转换的结果数字都不会变，但是如果是有符号的数字，在转换成大类型数字的时候就要考虑符号位了，就以第一段代码为例来解释这个现象。

char c = 128; 这一句实际上已经超出了变量 c 的范围，因为变量c是有符号数字，所以它的范围是-128~127，这里赋值成128，实际在内存中的bit排列是 10000000，而有符号数的第一位bit表示正负号，这里是1表示这是一个负数，计算机存储负数是以补码的形式存储的，那么把这个数据按位取反再加1，得到 1000000 还是原来的数字，好神奇哦！

不过这里就可以计算出 c 实际上代表-128，那么它在隐式类型转换成更大的有符号数字时，需要保证值不变，一个int的-128怎么表示呢？根据补码的定义应该是11111111 11111111 11111111 10000000，这个数字再转换成 unsigned int 就是前面提到的 4294967168 啦。