無符號(hào)整型能產(chǎn)生哪些bug？

為什么不建議使用無符號(hào)整型，無符號(hào)整型能產(chǎn)生哪些bug？

《C專家編程》有這么幾行代碼。

#include 


int array[] = {23, 34, 12, 17, 204, 99, 16};
#define TOTAL_ELEMENTS (sizeof(array) / sizeof(array[0]))


int main()
{
    int d = -1, x;
    /* ... */


    if (d <= TOTAL_ELEMENTS - 2)
        x = array[d + 1]; 
    /* ... */


    return 0;
}

一個(gè)數(shù)組，一個(gè)宏定義，宏的作用就是計(jì)算數(shù)組的元素個(gè)數(shù)。

主函數(shù)里面d初始化成-1，判斷語句中用 d 跟 TOTAL_ELEMENTS - 2做比較，如果成立，則給 x 賦值。

代碼很簡單，乍一看，-1 確實(shí)小于 5，于是判斷語句肯定成立。


問題就出在了這邊。


d屬于有符號(hào)整型，TOTAL_ELEMENTS因?yàn)槭莝izeof的求值結(jié)果，所以它屬于無符號(hào)整型，把這兩個(gè)放在一起運(yùn)算，很顯然屬于混合運(yùn)算。


一個(gè)是有符號(hào)一個(gè)是無符號(hào)，編譯器默認(rèn)把有符號(hào)數(shù)轉(zhuǎn)換成無符號(hào)數(shù)，接下來我們可以算一下。

-1的二進(jìn)制是這樣的：

10000000 00000000 00000000 00000001

因?yàn)樨?fù)數(shù)在內(nèi)存中是以補(bǔ)碼的形式存放，所以先轉(zhuǎn)換成反碼，再轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼。

11111111 11111111 11111111 11111110
11111111 11111111 11111111 11111111

把它轉(zhuǎn)換成無符號(hào)數(shù)字，就是最高位不再表示符號(hào)位，全部用來表示實(shí)際大小。

借助下計(jì)算器，-1轉(zhuǎn)換成無符號(hào)數(shù)就是這么大：

4294967295

所以判斷語句肯定不成立。
只要編譯器的sizeof返回的是無符號(hào)整型，那么這個(gè)bug就一直存在。 ?

對無符號(hào)類型的建議：

盡量不要在你的代碼中使用無符號(hào)類型，以免增加不必要的復(fù)雜性。尤其是，不要僅僅因?yàn)闊o符號(hào)數(shù)不存在負(fù)值（如年齡、國債）而用它來表示數(shù)量。

盡量使用像 int 那樣的有符號(hào)類型，這樣在涉及升級(jí)混合類型的復(fù)雜細(xì)節(jié)時(shí)，不必?fù)?dān)心邊界情況（如 -1 被翻譯為非常大的正數(shù)）。

只有在使用位段和二進(jìn)制掩碼時(shí)，才可以用無符號(hào)數(shù)。應(yīng)該在表達(dá)式中使用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，使操作數(shù)均為有符號(hào)數(shù)或者無符號(hào)數(shù)，這樣就不必由編譯器來選擇結(jié)果的類型。

嵌入式開發(fā)中使用無符號(hào)的場景很多，操作地址、寄存器等等，尤其是做單片機(jī)等等一些底層開發(fā)，隨處可見 unsigned 字樣，這也是由硬件特性決定。使用的時(shí)候多加注意，尤其是做一些基本運(yùn)算的時(shí)候。

審核編輯：湯梓紅