计算机补码：负数赋值给unsigned char的“奇怪”结果

在《C++ Primer》（第五版）中，第2.1.2小节类型转换内容中，有一行示例代码：

unsigned char c = -1   // 假设char占8比特，c的值为255

看起来结果有点奇怪，回想当年大学时代对计算机底层编码的遥远回忆，才发现这涉及到计算机底层存储原理。先说结论：

1）计算机基础原理是二级制，底层bit（比特）只认0和1，8比特为1个byte（字节），通常2个或4个字节为一个word（字）

2）数字有原码、反码、补码三种形式，一般用第1个bit位来区分正负数，0位正数，1表示负数。约定正数的反码、补码是与其原码相等的；针对负数，反码指除首个符号位之外，其余位取反（即0->1, 1->0），补码则是符号位不变，在反码基础上再加1

3）目前计算机底层都是以补码的形式来存储，其好处是将减法也变成了加法操作，从而简化底层电路操作。而且以补码形式相加，首个符号位也参与计算，加法时不用计较正负

4）补码形式存储，还有一个好处是，1000...0（即原码形式的“-0”）被用来表示最小值。所以1字节有符号整数的范围是[-2^7, 2^7 - 1]=[-128, 127]。

上述结论的得出，可以进一步参照原码, 反码, 补码 详解

现在看下-1-127=(-1) + (-127)在计算机底层具体是怎么操作的（假定unsigned char占1个字节，8比特）：

-128=-1-127=(-1) + (-127) = [11111111]补 + [10000001]补 = [10000000]补  （注：补码相加时首个符号位也参与相加，若首个字符位相加有进位，则直接丢弃）

其中-1 = [10000001]原 =  [11111110]反 = [11111111]补，-127 = [11111111]原 =  [10000000]反 = [10000001]补 （注：公式中原、反、补分别指原码、反码、补码）

所以，从上述示例中，可以看出在补码存储方式下，减法变成了加法。同时 “[10000000]补”比较特殊，被强制性地解读为-128。其他负数的补码按常规方式（见文章开头第2条结论）来解读。

最后，再回到将-1初始给一个unsigned char变量后变成255，就很好理解了。因为-1的补码是11111111，底层直接赋给unsigned char变量，它是个正数，而正数的原码、反码、补码是一模一样的，所以11111111按原码来解读出来，就是255！（当然，还有一种快速解答方式，将一个负数赋给一个无符号整数，其实际值是该负数+模数，本例是-1+256，以此类推）

短短的一行代码，如果细究，将重新刷新你对计算机底层原理的理解。

如果这是一道面试题，如果没有事先了解，肯定无法作答。看完这篇文章，你还可以反问面试官，计算机底层为什么只需一个加法器，而不用再设计一个减法器？