Jaka jest różnica między signed i unsigned int

Jaka jest różnica między wartością signed i unsigned int?

Jak zapewne wiesz, ints są wewnętrznie przechowywane w postaci binarnej. Zwykle intzawiera 32 bity, ale w niektórych środowiskach może zawierać 16 lub 64 bity (lub nawet inną liczbę, zwykle, ale niekoniecznie, potęgę dwóch).

Ale w tym przykładzie spójrzmy na 4-bitowe liczby całkowite. Mały, ale przydatny do celów ilustracyjnych.

Ponieważ taka liczba całkowita ma cztery bity, może przyjąć jedną z 16 wartości; 16 to 2 do czwartej potęgi, czyli 2 razy 2 razy 2 razy 2. Jakie to są wartości? Odpowiedź zależy od tego, czy ta liczba całkowita to a signed intczy an unsigned int. Z unsigned int, wartość nigdy nie jest ujemny; nie ma znaku związanego z wartością. Oto 16 możliwych wartości czterobitowych unsigned int:

bits  value
0000    0
0001    1
0010    2
0011    3
0100    4
0101    5
0110    6
0111    7
1000    8
1001    9
1010   10
1011   11
1100   12
1101   13
1110   14
1111   15

... a oto 16 możliwych wartości czterobitowego signed int:

bits  value
0000    0
0001    1
0010    2
0011    3
0100    4
0101    5
0110    6
0111    7
1000   -8
1001   -7
1010   -6
1011   -5
1100   -4
1101   -3
1110   -2
1111   -1

Jak widać, dla signed ints najbardziej znaczący bit występuje 1wtedy i tylko wtedy, gdy liczba jest ujemna. Dlatego dla signed ints ten bit jest nazywany „bitem znaku”.

inti unsigned intsą dwoma różnymi typami liczb całkowitych. ( intmoże być również określane jako signed intlub po prostu signed; unsigned intmoże być również określane jako unsigned.)

Jak sugerują nazwy, intjest podpisana typ całkowitą, i unsigned intjest niepodpisany typu całkowitą. Oznacza to, że intmoże reprezentować wartości ujemne i unsigned intmoże przedstawiać tylko wartości nieujemne.

Język C nakłada pewne wymagania na zakresy tego typu. Zakres intmusi być co najmniej -32767.. +32767, a zakres unsigned intmusi być co najmniej 0.. 65535. Oznacza to, że oba typy muszą mieć co najmniej 16 bitów. W wielu systemach mają 32 bity, w niektórych nawet 64 bity. intzwykle ma dodatkową wartość ujemną ze względu na reprezentację dopełnienia do dwóch używaną w większości nowoczesnych systemów.

Być może najważniejszą różnicą jest zachowanie arytmetyki ze znakiem i bez znaku. W przypadku podpisanego intprzepełnienie ma niezdefiniowane zachowanie. Bo unsigned intnie ma przelewu; każda operacja, która zwraca wartość spoza zakresu typu zawija się wokół, na przykład UINT_MAX + 1U == 0U.

Dowolny typ liczb całkowitych, ze znakiem lub bez, modeluje podzakres nieskończonego zbioru matematycznych liczb całkowitych. Dopóki pracujesz z wartościami w zakresie typu, wszystko działa. Kiedy zbliżasz się do dolnej lub górnej granicy typu, napotykasz nieciągłość i możesz uzyskać nieoczekiwane wyniki. W przypadku liczb całkowitych ze znakiem problemy występują tylko w przypadku bardzo dużych wartości ujemnych i dodatnich, przekraczających INT_MINi INT_MAX. W przypadku typów całkowitych bez znaku problemy występują przy bardzo dużych wartościach dodatnich i przy zerze . Może to być źródłem błędów. Na przykład jest to nieskończona pętla:

for (unsigned int i = 10; i >= 0; i --) [
    printf("%u\n", i);
}

ponieważ ijest zawsze większe lub równe zero; taka jest natura typów bez znaku. (Wewnątrz pętli, gdy iwynosi zero, i--ustawia swoją wartość na UINT_MAX.)

Czasami wiemy z góry, że wartość przechowywana w danej zmiennej całkowitej będzie zawsze dodatnia - np. Gdy jest używana tylko do liczenia rzeczy. W takim przypadku możemy zadeklarować zmienną być niepodpisany, jak w, unsigned int num student;. Przy takiej deklaracji zakres dopuszczalnych wartości całkowitych (dla kompilatora 32-bitowego) przesunie się z zakresu od -2147483648 do +2147483647 do zakresu od 0 do 4294967295. W ten sposób zadeklarowanie liczby całkowitej jako bez znaku prawie podwaja rozmiar największego możliwego wartość, którą może utrzymać w inny sposób.

W kategoriach laików bez znaku int jest liczbą całkowitą, która nie może być ujemna, a zatem ma wyższy zakres wartości dodatnich, niż może przyjąć. Wartość int ze znakiem to liczba całkowita, która może być ujemna, ale ma niższy zakres dodatni w zamian za bardziej ujemne wartości, jakie może przyjąć.

W praktyce istnieją dwie różnice:

1. drukowanie (np. coutw C ++ lub printfC): reprezentacja bitowa w postaci liczby całkowitej bez znaku jest interpretowana jako nieujemna liczba całkowita przez funkcje drukowania.
2. Zamawianie : zamówienie zależy od podpisanej lub niepodpisanej specyfikacji.

ten kod może zidentyfikować liczbę całkowitą za pomocą kryterium porządkowania:

char a = 0;
a--;
if (0 < a)
    printf("unsigned");
else
    printf("signed");