C++ 学习关于无符号数的计算

这篇blog 来源于C++ 的学习当然C语言同样适用

C++ Primer 的笔记

🌿让我们从一个问题开始如果你回答对了那么就可以跳过了~

对于下面的问题

//读程序写结果。
unsigned u = 10,u2= 42;
std::cout << u2 - u<< std::endl;
std::cout <u - u2 << std:: endl;

int i = 10,i2 =42;

std::cout<< i2 -i<< std::endl;  
std::cout << i - i2<< std::endl; 
std::cout << i - u<< std::endl; 
std::cout << u- i<< std::endl;

unsigned k1 = 42,k2 = 10;
std::cout<<k2-k1<<std::endl;
std::cout<<k1-k2<<std::endl;

🤔尝试一下最终输出什么结果

揭晓答案！

🤭 你答对了嘛没有的话可以接下去看（我刚开始也是懵的其实~）

🌺 首先明确一下，不管是C还是C++ 类型都是很重要的！所以先看看类型转换相关的内容，然后再来讨论上面无符号表达式转换的内容~

关于类型转化

⭐C/C++里面类型是很重要的！你能判断出下面每执行一行后，相应变量的值不？（嘻嘻梅开二度~）

bool b=32;
int i=b;
i=3.14;
double pi=i;
unsigned char c= -1;
signed char c2=256;

答案揭晓！

bool b=32;//b为真
int i=b;//i=1
i=3.14;//i=3
double pi=i;//pi=3.0
unsigned char c= -1;//若char 为8bit c为255
signed char c2=256; //若char 为8bit 那么c2是未定义的 溢出啦

当我们把一个非布尔类型的算术值赋给布尔类型时，初始值为0则结果为false,否则结果为true。

当我们把一个布尔值赋给非布尔类型时，初始值为false 则结果为0，初始值为true 则结果为1。

当我们把一个浮点数赋给整数类型时，进行了近似处理。结果值将仅保留浮点数中小数点之前的部分。

当我们把一个整数值赋给浮点类型时，小数部分记为0。如果该整数所占的空间超过了浮点类型的容量，精度可能有损失。

当我们赋给无符号类型一个超出它表示范围的值时,结果是初始值对无符号类型表示数值总数取模后的余数。例如，8比特大小的unsigned char可以表示0至255区间内的值，如果我们赋了一个区间以外的值，则实际的结果是该值对 256取模后所得的余数。因此，把-1赋给8比特大小的unsigned char所得的结果是255。

当我们赋给带符号类型一个超出它表示范围的值时，结果是未定义的(undefined)。此时，程序可能继续工作、可能崩溃，也可能生成垃圾数据。

含有无符号类型的表达式

尽管我们不会故意给无符号对象赋一个负值，却可能(特别容易)写出这么做的代码。例如,当一个算术表达式中既有无符号数又有int值时， 那个int值就会转换成无符号数。把int转换成无符号数的过程和把int直接赋给无符号变量一样:

unsigned u= 10;
int i =-42;
std::cout << i+i<< std::endl; //输出-84
std::cout<< u +i << std::endl;//如果int占32位，输出4294967264
//理由是 int 是8个字节 那就是32位 最大为2的32次方-1 也就是4294967295  也就是当-42  先转无符号数（也就是-1对应的是4294967295，依次类推）然后相加 
//10+（-42）=10+（4294967295-42+1）=4294967264

关于无符号数和有符号数

理解有符号数和无符号数

在第一个输出表达式里，两个（负）整数相加并得到了期望的结果。

❗ 在第二个输出表达式里，相加前首先把整数-42转换成无符号数。把负数转换成无符号数类似于直接给无符号数赋一个负值，结果等于这个负数加上无符号数的模。

当从无符号数中减去一个值时，不管这个值是不是无符号数，我们都必须确保结果不能是一个负值:

1
2
3

unsigned ul = 42，u2 = 10;
std::cout<< ul -u2<< std::endl; //正确:输出32
std::cout << u2 - ul<< std::endl;//正确:不过，结果是取模后的值  也是 10-42=10+（-42）=10+（4294967295-42+1）=4294967264

无符号数不会小于0这一事实同样关系到循环的写法。例如，在1.4.1节的练习(第11页)中需要写一个循环，通过控制变量递减的方式把从10到0的数字降序输出。这个循环可能类似于下面的形式:

1 2	for (int i = 10;i >= 0;--i) std:: cout<< i << std::endl;

可能你会觉得反正也不打算输出负数，可以用无符号数来重写这个循环。然而，这个不经意的改变却意味着死循环:

1
2
3

//错误:变量u永远也不会小于0，循环条件一直成立
for (unsigned u= 10; u >= 0;--u)
	std::cout<<u<< std::endl;

来看看当u等于0时发生了什么，这次迭代输出0，然后继续执行for语句里的表达式。表达式--u从u当中减去1，得到的结果-1并不满足无符号数的要求，此时像所有表示范围之外的其他数字一样，-1被自动地转换成一个合法的无符号数。假设 int类型占32位，则当u等于0时，--u的结果将会是4294967295。

一种解决的办法是，用while语句来代替for语句，因为前者让我们能够在输出变量之前（而非之后）先减去1:

unsigned u= 11;//确定要输出的最大数，从比它大1的数开始
while (u >0){
    //先减1，这样最后一次迭代时就会输出0
    --u;
    std::cout <<u<<std::endl;
}

改写后的循环先执行对循环控制变量减1的操作，这样最后一次迭代时，进入循环的u值为1。此时将其减1，则这次迭代输出的数就是0;下一次再检验循环条件时，u的值等于0而无法再进入循环。因为我们要先做减1的操作，所以初始化u的值应该比要输出的最大值大1。这里，u初始化为11，输出的最大数是10。

⭐ 提示:切勿混用带符号类型和无符号类型

如果表达式里既有带符号类型又有无符号类型,当带符号类型取值为负时会出现异常结果，这是因为带符号数会自动地转换成无符号数。例如,在一个形如a*b的式子中,如果a =-1, b=-1，而且a和b都是int,则表达式的值显然为-1。然而,如果a是int，而b是unsigned,则结果须视在当前机器上int所占位数而定。在我们的环境里，结果是4294967295

🤙 好，结束！！撒花

现在回到开始的问题你会分析了不？

//练习2.3:读程序写结果。
unsigned u = 10,u2= 42;
//usigned 8位  
std:: cout << u2 - u<< std::endl;//32
std::cout <u - u2 << std:: endl;//10+4294967295-42+1=4294967264

int i = 10,i2 =42;
//int 32位 4294967296-1=4294967295
std::cout<< i2 -i<< std::endl;  //32
std::cout << i - i2<< std::endl; //-32
std::cout << i - u<< std::endl; //0
std::cout << u- i<< std::endl;//0

unsigned k1 = 42,k2 = 10;
std::cout<<k2-k1<<endl;//10+4294967295-42+1=4294967264
std::cout<<k1-k2<<endl;//32

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