深度剖析C语言中整形的取值范围

在C语言中，有过各种各样的数据类型，如：int,char ,short,long,long long,float,double等，其中，整形分为有符号和无符号。今天，我就以char类型为例子剖析C语言整型的取值范围。

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char类型的三个有趣代码

测试环境为vs2010，不同的编辑器对char的定义为signed char还是unsigned char是不同的，vs2010将char定义为signed char。

• 第一个

#include
int main ()
{
    char a = -128;
	printf("%u\n",a);
	return 0;
}

运行结果如下：

当我们将a的初始化的值改为128，又会发生什么呢？

#include
int main ()
{
    char a = 128;
	printf("%u\n",a);
	return 0;
}

观察可以发现，两个程序的运行结果一模一样，那么，我提出两个问题。

• 为什么两个程序运行结果一模一样
• 为什么打印的是这个数字

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• 第二个

#include
#include
int main ()
{
    char arr[1000];
	int i = 0;
	for(i=0;i<1000;i++)
	{
	    arr[i] = -1-i;
	}
	//求该数组的长度
	printf("%d",strlen(arr));
	return 0;
}

运行结果如下：

我再提出一个问题。

• 为什么该数组的长度是255？

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• 第三个

#include
int main ()
{
	unsigned char i = 0;
	for(i=0;i<=255;i++)
	{
	    printf("hello world.\n");
	}
	return 0;
}

运行结果如下：

死循环打印hello world.

• 为什么for循环的每次都在接近限制条件，还是死循环了呢？

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这四个问题，可以深入思考，等到文章末尾讲完char类型的取值范围，我再解答这四个问题。

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signed char的取值范围

char类型有1个字节，也就是8个比特位。

下面我以二进制位来分析取值范围

00 00 00 00 ------- 0
00 00 00 01 --------1
00 00 00 02 --------2
……
……
……
01 11 11 11 --------127

到目前为止，二进制位的还是符合逻辑的,接着分析。

01 11 11 11 ---------127
10 00 00 00 ----------(-128)

这下子就有人疑惑了，127加1变成了-128？别急，听我分析。

我们注意一下，标题就已经表明，我要谈论的是signed char,也就是有符号char，那么即然是有符号的，我们的第一位便是符号位，代表的是正负，10 00 00 00，从这个方面来看，它就不是一个正数。

-128本身是一个半计算半规定的一个数字，我来分析。
首先，写出-128的原码是1 10 00 00 00 ，有人可能疑问这里为什么是9个比特位，在这里我们写的是-128的原码，而不是规定在char类型上写-128的原码。

原码：1 10 00 00 00
反码：1 01 11 11 11
补码：1 10 00 00 00

当我们存入char类型时，发生截断，即为：10 00 00 00。
观察可以发现，这不就是我们上面-128在signed char类型的补码相同吗。

而当我们对10 00 00 00这个数进行取值时，原码为：00 00 00 00，所以才有-128是一个半计算半规定的数字的说法，存的时候计算，取的时候规定为-128。

我们继续分析，signed char的取值范围。

00 00 00 00 ------- 0
00 00 00 01 --------1
00 00 00 02 --------2
……
……
……
01 11 11 11 --------127
10 00 00 00 ---------(-128)
10 00 00 01 ---------(-127)
10 00 00 10 ---------(-126)
10 00 00 11 ----------(-125)
……
……
……
11 11 11 11 ----------(-1)

总结：signed char的取值范围是-128~127。

unsigned char的取值范围

由于无符号char类型的二进制位本身就都是数值位，没有符号位，那么对unsigned char的取值范围的分析就更简单了。

00 00 00 01 ----------1
00 00 00 10 ----------2
00 00 00 11 ----------3
00 00 01 00 ----------4
……
……
……
01 11 11 11 -----------127
10 00 00 00 ----------128
10 00 00 01 ----------129
10 00 00 10 ----------130
……
……
……
11 11 11 11 -----------255

总结:unsigned char的取值范围是1~255。

各种整形的取值范围

以char为例子，我们懂得了分析某个整形类型的取值范围的方法，在分析其他整形类型时，我们就可以分为signed类型和unsigned类型，以二进制位为突破口进行分析。

解决三个代码

• 第一个
  为什么两个程序的运行结果一模一样？

答：vs的环境下，char类型默认为signed char类型，所以取值范围是-128~127，第二个程序的a的值是128超过了取值范围，128可以看成127+1，即为-128，也就是与第一个程序的值相同。

127在内存存储为：01 11 11 11
127加一，二进制表达式加1
10 00 00 00
前面我们已经解释了该二进制位为-128

为什么打印的是该数字？

-128在内存中的存储是10 00 00 00

%u打印
需要整形提升

因为是signed char类型
发生整形提升时，补符号位，也就是1

即为11111111 11111111 11111111 10000000

该二进制的结果如下：

• 第二个
  为什么该数组的长度是255？
  

strlen函数遇到0会停止（'\0’的ascall码值是0），并且不把0计入，所以长度便是-128到127，也就是255。

为什么-128变成了127呢？
程序是的循环是 -1 - i
当i为127时，-1 - i 也就是-128
当i为128时，-1 - i ，也就是-129
-129 可以看成在-128的基础上减1
-128在内存中的存储是 10 00 00 00（char类型），8个字节
-128-1，即10 00 00 00减一
也就是 01 11 11 11
也就是127

• 第三个
  为什么for循环的每次都在接近限制条件，还是死循环了呢？

当i为0到255之前，程序并未出现问题

但当i = 255时，再进行加一
而unsigned char的取值范围为1~255
一旦255+1便超过了取值范围

255的原码 11 11 11 11
加一
1 00 00 00 00
而unsigned char只有一个字节内存，也就是8个比特位
发生截断
00 00 00 00
又变成了0
死循环

今天的分享就到此，喜欢的点赞加关注，下期更精彩。