c - unsigned int、float 数据类型和乘法的奇怪之处

Question

我对C语言不是很在行，刚遇到一个不懂的问题。代码是:

int main()
{
    unsigned int a = 100;
    unsigned int b = 200;
    float c = 2;

    int result_i;
    unsigned int result_u;
    float result_f;

    result_i = (a - b)*2;
    result_u = (a - b);
    result_f = (a-b)*c;

    printf("%d\n", result_i);
    printf("%d\n", result_u);
    printf("%f\n", result_f);
    return 0;
}

输出是:

-200
-100
8589934592.000000
Program ended with exit code: 0

因为(a-b) 是负数且a,b 是unsigned int 类型，(a-b) 是平凡的。乘以一个浮点型数c后，结果为8589934592.000000。我有两个问题:

首先，为什么在乘以 int 类型数字 2 并赋值给 int 类型数字后结果是不平凡的？

其次，为什么 result_u 是非平凡的，即使 (a-b) 为负且 result_u 是 unsigned int 类型？

我正在使用Xcode来测试这段代码，编译器是默认的APPLE LLVM 6.0。

谢谢!

Answer 1

您的假设 a - b是负数是完全不正确的。

自 a和 b有unsigned int type 与这两个变量的所有算术运算都在 unsigned int 的域中执行类型。这同样适用于混合“unsigned int 与 int ”算术。这样的操作实现模运算，模等于UINT_MAX + 1 .

这意味着表达式 a - b产生 unsigned int 类型的结果.它是一个很大的正值，等于 UINT_MAX + 1 - 100 .在具有 32 位 int 的典型平台上它是 4294967296 - 100 = 4294967196 .

表达式 (a - b) * 2还会产生 unsigned int 类型的结果.它也是一个很大的正值( UINT_MAX + 1 - 100 乘以 2 并取模 UINT_MAX + 1 )。在一个典型的平台上它是 4294967096 .

后一个值对于类型 int 来说太大了.这意味着当你将它强制为一个变量时 result_i , 发生有符号整数溢出。赋值时有符号整数溢出的结果是定义的实现。在你的情况下 result_i最终成为 -200 .它看起来“正确”，但语言不能保证这一点。 (尽管您的实现可能会保证这一点。)

变量 result_u收到正确的无符号结果 - 正值 UINT_MAX + 1 - 100 .但是您使用 %d 打印该结果printf 中的格式说明符, 而不是正确的 %u .打印unsigned int是违法的不属于 int 范围的值使用 %d说明符。因此，您的代码的行为未定义。 -100您在输出中看到的值只是该未定义行为的一种表现形式。此输出在形式上毫无意义，即使乍一看它似乎“正确”。

最后，变量result_f收到 (a-b)*c 的“正确”结果表达式，计算没有溢出，因为乘法是在 float 中执行的领域。你看到的是我上面提到的大正值乘以 2 .它可能四舍五入到 float 的精度虽然类型，这是实现定义的。确切的值为 4294967196 * 2 = 8589934392 .

有人会争辩说，您打印的最后一个值是唯一正确反射(reflect)无符号算术属性的值，即它“自然地”从 a - b 的实际结果中导出。 .