C++基础——无符号数相减问题

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C语言中 int 型是有符号的,但也存在 unsigned int 无符号类型的,他们之间的区别是什么呢?

假如我们用


8位


来表示这个 int,在

有符号

的情况下我们需要用

头一位

来作为

符号位

,以此记录其的正负,用剩下的7位来记录数值,所以此时 int 的取值范围是


-128~127

我们知道用7位的二进制最大值是127,那为什么有符号的 int 的取值范围可以到 -128 呢?

这是因为在计算机中

负数

是以

补码

的方式存储的,因为计算机里面只有加法器,而通过使用补码我们可以仅通过使用加法器解决减法的运算(对于补码不熟悉的小伙伴可以看

这一篇博客

如现在int是8位的情况下,在不同符号下出现了 1000 0000 和 0000 0000 两种 0 值,因为 0 是不存在两个的,所以我们把 1000 0000 并记为 -128。

而在

无符号

的情况下,因为不需要考虑正负,所以就不需要符号位的存在,此时 int 的取值范围是


0 ~ 255

因为计算机底层对

减法

采用的是

补码

的方法,所以当我们用

无符号数相减时

需要

保证结果

不是负数


,如下面的例子:

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    unsigned int u1 = 42, u2 = 10;

    cout << u1 - u2 << endl; //正确,输出 32

    cout << u2 - u1 << endl; //错误,输出 4294967264

    return 0;
}

例子中 42 – 10 如我们所设想的那样输出了 32

但是 10 – 42 却输出了 4294967264,这就是因为计算机采用

补码来处理减法

的机制

对于10 – 42,计算机会将其转换为:

10的补码 + (-42)的补码

来计算

10 是无符号数,所以补码与原码相同为 :00000000

|

00000000

|

00000000

|

00001010

-42 的补码是 42取反后加1的:          42:00000000

|

00000000

|

00000000

|

00101010

取反+1后:11111111

|

11111111

|

11111111

|

11010110

将10与-42的补码相加,溢出位舍去,得到:11111111

|

11111111

|

11111111

|

11100000

由于该数是无符号的,所以编译器不会认为它是-32,而是把首位也算入数字表示,所以结果是


4294967264



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