c++ - C++ 和无符号类型

Question

我正在阅读 C++ Primer 5th Edition，但我不明白以下部分：

在无符号类型中，所有位都表示值。例如，一个 8 位无符号字符可以保存从 0 到 255 的值（包括 0 到 255）。

“所有位代表值”是什么意思？

Answer 1

您应该将其与signed类型进行比较。在一个signed值中，一位（最高位）用于指示该值是正数还是负数，而其余位用于保存该值。

Answer 2

普通可复制类型对象的值由其中的某些位确定，而其他位不影响其值。在 C++ 标准中，不影响值的位称为填充位。

例如，考虑一个有 8 位的类型，其中最后 4 位是填充位，那么 00000000 和 00001111 表示的对象具有相同的值，并且比较相等。

实际上，填充位通常用于对齐和/或错误检测。

了解了上面的知识，就可以理解书上的内容了。它说无符号类型没有填充位。然而，这种说法是错误的。事实上，标准只保证unsigned char(and signed char, char) 没有填充位。以下是标准[basic.fundamental]/1相关部分的引用：

对于窄字符类型，对象表示的所有位都参与值表示。

此外，C11 标准 6.2.6.2/1 说

对于 unsigned char 以外的无符号整数类型，对象表示的位应分为两组：值位和填充位（后者不需要任何一个）。

Answer 3

例如，一个字节包含 8 位，所有 8 位都用于从 0 开始计数。

对于无符号，所有位 0 = 00000000 表示 0, 00000001 = 1, 00000010 = 2, 00000011 = 3, ... 直到 11111111 = 255。
对于有符号字节（或有符号字符），最左边的位表示符号，并且因此不能用于计数。（我在光学上分离最左边的位！）0 0000001 = 1，但 1 0000001 = -1、0 0000010 = 2 和 1 0000010 = -2 等等，直到 0 1111111 = 127 和 1 1111111 = -127。在此示例中，1 0000000 表示 -0，这是无用/浪费的，因此它可以表示例如 128。

还有其他方法可以将位编码为数字，有些计算机从左侧开始而不是从右侧开始。这些细节是特定于硬件的，与理解“无符号”无关，你只需要在你想用单个位弄乱代码时关心这一点（不推荐）。

Answer 4

这意味着所有 8 位都代表一个实际值，而在有符号字符中只有 7 位代表实际值，第 8 位（最高有效位）代表该值的符号 - 正或负 (+/-)。

Answer 5

这主要是理论上的事情。在真实硬件上，signed整数也一样。显然，对于有符号整数，其中一些值是负数。

回到unsigned- 文本所说的基本上是无符号数的值只是 1<<0 + 1<<1 + 1<<2 + ... 直到总位数。重要的是，不仅所有位都有贡献，而且所有位组合形成一个有效数字。这不是signed整数的情况。因此，如果您需要位掩码，它必须是一种unsigned足够宽的类型，否则您可能会遇到无效的位模式。