发表于 2019-07-28 20:07:47   |   已被 访问: 1,158 次   |   分类于:   C语言   |   暂无评论

前两天，我在我的圈子里发了一个小问题，相关的C语言代码如下，这段程序会输出什么呢？

#include <stdio.h>

int main()
{
    signed char   a = (unsigned char)-1;
    unsigned char b = a;
    int           c = a;
    int           d = b;
    printf("%d %d %d %d\n", a, b, c, d);

    return 0;
}

在分析这个问题之前，先说些题外话。有程序员认为研究这样的代码没有意义，无异于孔乙己的“茴”字有几种写法。

这个问题其实并不是我空想出来的。

最近，我的一个同事被他的C语言程序 bug 困扰了好几天，始终无法找到问题究竟出在哪里，于是找我，我看到他的代码居然混用无符号变量和有符号变量，于是就提醒他注意这个方面，后来发现果然是这个原因。他的问题涉及到比较复杂的项目，完整的复述一遍不太现实，于是我把他的问题精简一下，就构成了上述C语言代码段。

事实上，很多公司招聘时，都有一些面试题或者笔试题看起来很怪异，很不符合标准的开发规范，于是有些程序员就认为做这样的面试题是完全没有意义的，甚至觉得做这些题目是一种侮辱。

其实换个角度想想，这些题目很能考察一个人的基本功，它们很可能来自公司内部的某个项目的某次重大 bug。C语言是一门极其重视基本功的编程语言，这些题目很能查漏补缺。

现在来考虑上面这段C语言代码，我们编译并执行它，得到了下面的输出：

# gcc t.c
# ./a.out 
-1 255 -1 255

C语言程序的输出出乎了一些朋友的预料，-1 容易理解，255 是怎么回事呢？

首先要明白的是，在计算机中，整数通常采取补码的形式存储。负数的补码等于其反码+1，负数的反码符号位不变，数值为按位取反。对于 signed char 型变量，大部分C语言编译器都是由 8 个 bit 组成的，最高一个 bit 通常表示符号位。

所以对于 -1，其原码原本是 0b10000001，但是计算机内部存储该数值时，是以补码形式存储的。-1 的补码等于反码+1，也即 0b11111110 +1 = 0b11111111 = 0xff。

到这里就清楚了，变量 b 在内存里的 8 个 bit 都是 1，它是一个 unsigned char 型的变量，最高 bit 也表示数值，也即 b 等于 255。

现在再来分析变量 c 和变量 d 的值，它俩都是有符号型的 int 型。按理说，a 和 b 在内存中的布局是一样的，都是 8 个 bit 的 1，为什么传递给 c 和 d 就不一样了呢？

其实C语言在处理 c = a; 和 d = b; 这两句赋值语句时，有一个过程没有显式的表现出来，即“整形提升”。以 c=a; 为例，因为 c 和 a 的数据类型不同，所以C语言在处理赋值时，为了不丢失精度，会将 a 中的数值也强制转换为 int 型。

a 中的数值是 -1，提升为 int 型后依然是 -1，而不是 0x000000ff（255，这里假设 int 类型占用 4 字节内存空间）。至于变量 d 的值，就更简单了，就是简单的赋值而已。

本节讨论的问题虽然很简单，但是仍然有很多人做错，这其中也包含我工作多年的同事。C语言是一门极其重视基本功的编程语言，事实上，本节涉及的知识点非常基础，无非就是原码补码，以及整型提升的相关知识。