基础C语言知识串串香4☞注意隐形提升带来的C陷阱

文章参考微信公众号[嵌入式软件学习圈]

注意隐形提升带来的C陷阱

有过面试经历的同学可能曾碰到如代码清单所示的问题。

#include <stdio.h>
int
main(void)
{
    int a[] = {1,2,3,4,5,6};
    int i = -1;
    if( i <= sizeof(a) ){
        printf("i <= sizeof(a)
");
    }else{
        printf("i > sizeof(a)
");
    }
    return 0;    
}

对代码清单进行初步分析可以得出，sizeof(a) 的返回结果为24，而i的值为-1，因此执行语句“if( i <= sizeof(a))”所返回的结果应该为TRUE,即输出结果为“i<=sizeof(a)”。但实际情况并非如此，其输出结果如图所示。

$: ./test
   i > sizeof(a)
$:

那么，究竟是什么原因导致出现这样的输出结果呢?

其实，要回答这个问题并不难。我们知道sizeof()的返回结果是size_ t类型，而size_t类型是一种无符号整数类型。当有符号整数类型和无符号整数类型进行运算时，有符号整数类型会先自动转化成无符号整数类型(请特别注意这一点)。

因此，在代码清单中，当i与sizeof(a)进行比较时，即执行语句“if( i <=sizeof(a))", i 会自动升级为无符号整数类型。又因为i的值为-1，在它转换为无符号整数类型后就变成一个非常大的正整数(如-1在32位机器上存储为0xffffff而它被解释为无符号整数时就是4294967295 ),远远大于sizeof(a)的返回结果24。

为了加深读者的理解，我们再来看一个例子。

#include <stdio.h>
int
main(void)
{
    int a = 3;
    unsigned b = 4;
    printf("%d
", a-b);
    printf("%u
", a-b);
    printf("%d
", (a-b)>>1);
    return 0;    
}

在代码清单中，当执行语句“a-b”时，变量a会自动由int类型转换为unsigned int类型，再与变量b执行减法运算(即“a-b"),“a-b"的运算结果为0xffffffff。

当程序使用“%d”(有符号十进制整数)格式输出时，0xffffffff被转换为-1 ;

当程序使用“%u”(无符号十进制整数)格式输出时，0xffffffff 被转换为4294967295 ;

最后，程序执行“0xffffffff>>1”运算时，其运算结果为0x7fffffff。当程序使用“%d"(有符号十进制整数)格式输出时，0x7ffffff被转换为2147483647。如下所示：

$: ./test
   -1
   4294967295
   2147483647
$:

由上面两个例子可以看出，将有符号类型与无符号类型混合使用是很危险的。

因此，我们一定要小心这个数据转换陷阱，尽量少在代码中少使用无符号类型，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而用它来表示某些数量(如年龄、人口等无负数的值)。

建议尽量使用像int这样的类型，这样在设计升级混合类型的复杂细节时，就不必担心边界情况了(比如不用担心-1被翻译为非常大的正整数)。如果必须使用无符号类型，则应该在表达式中使用强制类型转换，使操作数均为有符号类型或者无符号类型，这样就不必由编译器来选择结果的类型，从而避免存在潜在错误的可能性。比如，我们可以通过强制转换将代码清单改写为代码清单。

#include <stdio.h>
int
main(void)
{
    int a[] = {1,2,3,4,5,6};
    int i = -1;
    if( i <= (int)sizeof(a) ){
        printf("i <= sizeof(a)
");
    }else{
        printf("i > sizeof(a)
");
    }
    return 0;    
}

在代码清单中，我们将语句“if(i <= sizeof(a))”改成“if( i <= (int)sizeof(a))",也就是通过强制类型将其转换成int类型，因而程序的输出结果为：

$: ./test
   i <= sizeof(a)
$:

总结

在设计程序时，应该尽量避免有符号数和无符号数的算数和逻辑运算。
在标准C中，算术和逻辑运算一般会默认采用有符号整形(signed int)或双实型(double)来进行运算，即便你运算符左右的两个值都是字符型或短整形，它也是先将他们提升为整形，然后再运算，最后再截短输出。
注意操作符sizeof的返回类型为size_t(unsigned int)，不要试图拿有符号数与他直接进行比较。

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