c - 环绕 C 中有符号和无符号变量的解释？

Question

我在 C 规范中读到一点，无符号变量(特别是 unsigned short int)在整数溢出时执行一些所谓的环绕 ，尽管我在带符号的变量上找不到任何东西，除了我留下了未定义的行为。

我的教授告诉我，他们的值(value)观也被包裹起来(也许他只是指 gcc)。我以为这些位只是被截断了，而我留下的位给了我一些奇怪的值!

环绕是什么，它与截断位有何不同。

Answer 1

有符号整数变量在 C 语言中没有环绕行为。算术计算期间的有符号整数溢出会产生未定义的行为。请注意，您提到的 GCC 编译器以在优化中实现严格的溢出语义而闻名，这意味着它利用了此类未定义行为情况提供的自由:GCC 编译器假定带符号的整数值永远不会环绕。这意味着 GCC 实际上恰好是您不能依赖有符号整数类型的环绕行为的编译器之一。

例如，GCC 编译器可以假定变量 int i 满足以下条件

if (i > 0 && i + 1 > 0)

相当于一个

if (i > 0)

这正是严格溢出语义的意思。

无符号整数类型实现模运算。模数等于 2^N，其中 N 是该类型的值表示中的位数。出于这个原因，无符号整数类型确实在溢出时出现回绕。

但是，C 语言从不在小于int/unsigned int 的域内进行算术计算。您在问题中提到的 unsigned short int 通常会在任何计算开始之前被提升为在表达式中键入 int (假设 unsigned short 的范围code> 符合 int 的范围)。这意味着 1) 使用 unsigned short int 的计算将在 int 域中执行，当 int 溢出时发生溢出，2)此类计算期间的溢出将导致未定义的行为，而不是环绕行为。

例如，这段代码产生了一个环绕

unsigned i = USHRT_MAX;
i *= INT_MAX; /* <- unsigned arithmetic, overflows, wraps around */

这段代码

unsigned short i = USHRT_MAX;
i *= INT_MAX; /* <- signed arithmetic, overflows, produces undefined behavior */

导致未定义的行为。

如果没有发生 int 溢出并且结果被转换回 unsigned short int 类型，它再次被模 2^N，看起来好像值已经环绕。