无符号整型能产生哪些bug？

为什么不建议使用无符号整型，无符号整型能产生哪些bug？

《C专家编程》有这么几行代码。

#include 


int array[] = {23, 34, 12, 17, 204, 99, 16};
#define TOTAL_ELEMENTS (sizeof(array) / sizeof(array[0]))


int main()
{
    int d = -1, x;
    /* ... */


    if (d <= TOTAL_ELEMENTS - 2)
        x = array[d + 1]; 
    /* ... */


    return 0;
}

一个数组，一个宏定义，宏的作用就是计算数组的元素个数。

主函数里面d初始化成-1，判断语句中用 d 跟 TOTAL_ELEMENTS - 2做比较，如果成立，则给 x 赋值。

代码很简单，乍一看，-1 确实小于 5，于是判断语句肯定成立。


问题就出在了这边。


d属于有符号整型，TOTAL_ELEMENTS因为是sizeof的求值结果，所以它属于无符号整型，把这两个放在一起运算，很显然属于混合运算。


一个是有符号一个是无符号，编译器默认把有符号数转换成无符号数，接下来我们可以算一下。

-1的二进制是这样的：

10000000 00000000 00000000 00000001

因为负数在内存中是以补码的形式存放，所以先转换成反码，再转换成补码。

11111111 11111111 11111111 11111110
11111111 11111111 11111111 11111111

把它转换成无符号数字，就是最高位不再表示符号位，全部用来表示实际大小。

借助下计算器，-1转换成无符号数就是这么大：

4294967295

所以判断语句肯定不成立。
只要编译器的sizeof返回的是无符号整型，那么这个bug就一直存在。  

对无符号类型的建议：

尽量不要在你的代码中使用无符号类型，以免增加不必要的复杂性。尤其是，不要仅仅因为无符号数不存在负值（如年龄、国债）而用它来表示数量。

尽量使用像 int 那样的有符号类型，这样在涉及升级混合类型的复杂细节时，不必担心边界情况（如 -1 被翻译为非常大的正数）。

只有在使用位段和二进制掩码时，才可以用无符号数。应该在表达式中使用强制类型转换，使操作数均为有符号数或者无符号数，这样就不必由编译器来选择结果的类型。

嵌入式开发中使用无符号的场景很多，操作地址、寄存器等等，尤其是做单片机等等一些底层开发，随处可见 unsigned 字样，这也是由硬件特性决定。使用的时候多加注意，尤其是做一些基本运算的时候。

审核编辑：汤梓红