为什么 `(char)~0` 和 `(unsigned char)~0` return 值的宽度不同？

Question

我在编写试图打印 UTF-8 字符的组成字节值的程序时遇到了这个问题。

这是我为测试各种 ~0 操作而编写的程序：

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("%x\n", (char)~0); // ffffffff
    printf("%x\n", (unsigned char)~0); // ff
    printf("%d\n", sizeof(char) == sizeof(unsigned char)); // 1
    printf("%d\n", sizeof(char) == sizeof(unsigned int)); // 0
    printf("%d\n", (char)~0 == (unsigned int)~0); // 1
}

我很难理解为什么 char 会产生 int 大小的值，而 unsigned char 会产生 char 大小的值。

Answer 1

将小于 int 的类型传递给 printf 等可变参数函数时，它会提升以键入 int。

在第一种情况下，您传递的 char 值为 -1，其表示（假设 2 的补码）为 0xff。这被提升为具有值 -1 和表示 0xffffffff 的 int，因此这就是打印的内容。

在第二种情况下，您传递的 unsigned char 值为 255，表示为 0xff。这被提升为具有值 255 和表示 0x000000ff 的 int，因此这就是打印的内容（没有前导零）。

Answer 2

在这两个调用中

printf("%x\n", (char)~0); // ffffffff
printf("%x\n", (unsigned char)~0); // ff

由于整数提升，表达式 (char)~0) 和 (unsigned char)~0) 被转换为类型 int。

在使用的系统中，类型 char 的行为与类型 signed char 相同。因此，当表达式提升为类型 int.

时，会传播此表达式中的符号位

另一方面，在整数提升之前，这个表达式 (unsigned char)~0 由于转换为无符号类型而具有类型 unsigned char。因此，当表达式提升为类型 int.

时，两个符号位都不会传播

注意转换说明符x应用于unsigned int类型的对象。所以第一次调用printf应该这样写

printf("%x\n", ( unsigned int )(char)~0);

Answer 3

它们不会产生不同宽度的值。它们产生的值中包含不同数量的设置位。

在您的 C 实现中，int 似乎是 32 位并且 char 是有符号的。我将在这个答案中使用这些，但读者应该注意 C 标准允许其他选择。

我将使用十六进制来表示代表值的位。

在(char)~0中，0是一个int。 ~0 然后有位 FFFFFFFF。在 32 位二进制补码 int 中，这表示 -1。 (char) 将其转换为 char.

此时，我们有一个值为 −1 的 char，用位 FF 表示。当它作为参数传递给 printf 时，它会自动转换为 int。由于它的值为 −1，因此它被转换为值为 −1 的 int。表示 int 的位是 FFFFFFFF。您要求 printf 将其格式化为 %x。从技术上讲，这是一个错误； %x 用于 unsigned int，但您的 printf 实现将位 FFFFFFFF 格式化为 unsigned int，生成“ffffffff”的输出。

在 (unsigned char)~0) 中，~0 再次具有值 −1，用位 FFFFFFFF 表示，但现在转换为 unsigned char。转换为无符号整数类型换行模 M，其中 M 比类型的最大值大 1，因此 [=63 为 256 =] unsigned char。从数学上讲，转换为 −1 + 1•256 = 255，即起始值加上使值进入 unsigned char 范围所需的 256 的倍数。结果是255，实际是取低八位实现的，所以FFFFFFFF变成FF。然而，在 unsigned char 中，位 FF 表示 255 而不是 −1。

现在我们有一个值为 255 的 unsigned char，用位 FF 表示。将其传递给 printf 会导致自动转换为 int。由于它的unsigned char值为255，所以转换为int的结果是255。当你要求printf格式化为%x时（如上错误）， printf 将其格式化为 unsigned int，产生“ff”的输出。

为什么 `(char)~0` 和 `(unsigned char)~0` return 值的宽度不同？

Why do `(char)~0` and `(unsigned char)~0` return values of different widths?

c

char

integer-promotion

unsigned-integer

signed-integer