編譯器在將有符號變量轉換為更大的變量類型時會使用什么算法，C 語言？

Question

答案可能取決於編譯器，但是；

以下行的預期 output 是什么？

signed char a = -5;
printf("%x \n", (signed short) a); 
printf("%x \n", (unsigned short) a);

編譯器會在將signed char轉換為更大的變量時用零 (0) 或一 (1) 填充最高有效位嗎？ 如何以及何時？

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PS 還有其他問題。 我試圖在在線編譯器上運行下面的代碼進行測試。 結果並不像我預期的那樣。 所以我添加了詳細的轉換，但它沒有用。 為什么printf("%x \n", (signed char)b);的output是 4 個字節長而不是 1 個字節？

int main()
{
    unsigned char a = (unsigned char)5;
    signed char b = (signed char)-5;
    
    unsigned short c;
    signed short d;
    
    c = (unsigned short)b;
    d = (signed short)b;
    
    printf("%x ||| %x ||| %x ||| %x\n", (unsigned char)a, (signed char)b, c, d);
    printf("%d ||| %d ||| %d ||| %d\n", a, b, c, d);
    printf("%d ||| %d ||| %d ||| %d\n", a, b, (signed char)c, (signed char)d);

    return 0;
}


Output:

5 ||| fffffffb ||| fffb ||| fffffffb
5 ||| -5 ||| 65531 ||| -5   
5 ||| -5 ||| -5 ||| -5

Answer 1

在 C 中，arguments 到等級低於int的可變參數函數（如printf ）被轉換為int 。 （不是unsigned int除非參數是無符號的並且寬度與int相同）。

將signed short或signed char轉換為signed int不會更改值。 如果您從 -5 開始，您將以 -5 結束。

但是，如果您將負符號值轉換為無符號類型（例如，使用顯式強制轉換），則轉換將以比無符號類型的最大值大一為模的方式完成。 例如， unsigned short的最大值為 65535（在許多實現中），因此將 -5 轉換為unsigned short結果為 -5 模 65536，即 65531。（C 的%運算符不產生數學模歸約。）當那個然后 value 被隱式轉換為int ，它仍然是 65531，所以這就是用%x ( fffb ) 打印的內容。

請注意，將格式%x應用於signed int在技術上是不正確的。 %x要求相應的參數是一個unsigned int 。 目前，C 不保證將有符號值解釋為無符號值的結果是什么，但這很快就會改變。 （這不是轉換。在運行時，類型不再存在，值只是位模式。）

Answer 2

在C11 標准的第 6.3.1.3 節中列出了在有符號和無符號類型之間轉換的確切規則：

1當 integer 類型的值轉換為_Bool以外的另一種 integer 類型時，如果該值可以用新類型表示，則它不變。

2否則，如果新類型是無符號的，則通過比新類型可以表示的最大值重復加或減一來轉換值，直到該值在新類型的范圍內。

3否則，新類型已簽名，無法在其中表示值； 結果是實現定義的，或者引發了實現定義的信號。

至於上面這段代碼的含義：

signed char a = -5;
printf("%x \n", (signed short) a); 
printf("%x \n", (unsigned short) a);

這里發生了一些事情。

對於第一個printf ，您首先將signed char轉換為signed short 。 根據上面的第 1 條，由於值 -5 可以存儲在兩者中，因此值不會被強制轉換更改。 然后，因為這個值被傳遞給可變參數 function，所以它被提升為int類型，並且再次通過第 1 條，該值保持不變。

然后使用%x格式說明符打印生成的int值，該說明符需要一個unsigned int 。 對於不匹配的格式說明符，這在技術上是未定義的行為，盡管大多數實現將允許隱式簽名/未簽名重新解釋。 因此，假設二進制補碼表示，將打印int值 -5 的表示，並假設 32 位int這將是fffffffb 。

對於第二個printf ，從signed char到unsigned short的轉換將根據上面的第 2 條發生，因為值 -5 不能存儲在unsigned short中。 假設 16 位短，這給你值 65536 - 5 = 65531。假設兩個補碼表示，這相當於將表示從fb符號擴展到fffb 。 這個unsigned short值然后在傳遞給printf時被提升為int ，並且根據第 1 條，該值保持不變。 然后%x格式說明符將其打印為fffb 。

Answer 3

當被轉換的值可以在目標類型中表示時，integer 類型之間的轉換是值保留的。 signed short可以表示signed char可表示的所有值，所以這...

signed char a = -5;
printf("%hd\n", (signed short) a);

...預計 output 包含“-5”的行。

但是，您的代碼具有未定義的行為。 轉換說明符%x要求相應的參數具有類型unsigned int ，而您傳遞的是帶signed short （根據默認參數促銷轉換為int ）。

如果您的實現對有符號整數使用二進制補碼表示（我可以肯定地斷言它確實如此），則表示會將原始帶signed char符號擴展為帶signed short的寬度，然后將其符號擴展為(signed) int的寬度。 因此，UB 在您身上的一種合理可能的表現形式……

 printf("%x \n", (signed short) a);

...將是打印

fffffffb

另一種情況有點不同。 Integer 目標類型為無符號且不能表示源值的轉換已明確定義。 通過以目標類型中可表示值的數量為模減少源值，將源值轉換為目標類型。 因此，如果您的unsigned short有 16 個值位，那么將 -5 轉換為unsigned short的結果是 -5 modulo 65536，即 65531。

因此，

printf("%hu\n", (unsigned short) a);

預計會打印包含“65531”的行。

同樣， %x轉換說明符與相應參數的類型不匹配（ (unsigned short) a ，通過默認參數提升轉換為int ），因此您的printf具有未定義的行為。 但是，在二進制補碼系統上將 16 位unsigned short轉換為 32 位int將涉及零擴展源的表示形式，因此 UB 在您的...

 printf("%x \n", (unsigned short) a);

...將是打印

fffb

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