由一道笔试题想到的：原码反码和补码

xiaobo68688 · **发表于 :** 2010-11-22 14:12

由一道笔试题想到的：原码反码和补码
这是我从一位CSDN网友的博客上边偶然发现的一道华为笔试题，博主给出了正确答案，但是我对博主的分析有点不太理解。

void main()
{
char *p;
*p=-130;
printf("%d",*p);
}

我们抛开程序的正确性不谈（没有给指针分配空间怎么能对指针进行解引用呢？），仅仅分析一下程序的输出结果。
如果您对原码反码补码的知识非常熟悉或者非常不熟悉，请都跳过下边这段文字直接看对程序的分析，因为我并不想把这篇文章写成对原码反码补码的教学文章。仅仅是想借程序巩固一下这方面的知识。
首先，我们需要分析一下-130在内存中的二进制存储方式。这就引出了有符号整数在内存中的存储方式：有符号整数在内存中是以补码形式存储的。
首先我们给出原码，反码和补码的定义：原码即有符号整数所对应的二进制数，正数的反码和本身一样，负数的反码是对应的原码除符号位以外，其它的数位依次取反，正数的补码和本身一样，负数的补码是对应的反码在末位加1。
计算机中存储方式为补码的原因是为了使减法可以当做加法来算。
其实，如果不采用补码的形式存储，内存中会出现 +0 和 -0，这一现象可以在下边的例子中看到。
举个简单的例子：
如果计算机以8位的方式存储有符号整数，则
原码反码补码
1 0000 0001 0000 0001 0000 0001
-1 1000 0001 1111 1110 1111 1111
0 0000 0000 0000 0000 0000 0000

如果是反码存储的话，-1 + 1 = 1111 1111, 1111 1111是 1000 0000 的反码，也就是 -0。

我们接着来分析这个程序：
-130在内存中以补码形式存储，在我的系统中，int类型占4个字节（到今天我也不知道到底是什么东西影响了int的大小，书上说和操作系统的位宽有关，但是我在32位和64位下都试了，结果都是4个字节，或许和编译器有关？如果哪位朋友知道请告知我！谢谢了！）。那么，-130的原码为： 1000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0010，反码为：1111 1111 1111 1111 1111 1111 0111 1101，补码为：1111 1111 1111 1111 1111 1111 0111 1110。
由于*p的数据类型是char，将-130赋值给*p会将数据从低位截断，结果是：0111 1110，那么，输出*p的时候，系统会将数据自动补上0，也就是说，会输出0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1110。即126。

linjiework · **发表于 :** 2010-11-22 14:22

学习了~~~

int 的字节数确实和编译器有关，和运行平台关系不大。int 的字节数在编译的时候就已经确定了。

xiaobo68688 · **发表于 :** 2010-11-22 15:25

linjiework 写道:

学习了~~~

int 的字节数确实和编译器有关，和运行平台关系不大。int 的字节数在编译的时候就已经确定了。

谢谢您！那么，编译器是根据什么来确定的int的字节数呢？自己喜欢怎么样就怎么样吗？

linjiework · **发表于 :** 2010-11-22 21:13

xiaobo68688 写道:

linjiework 写道:

学习了~~~

int 的字节数确实和编译器有关，和运行平台关系不大。int 的字节数在编译的时候就已经确定了。

谢谢您！那么，编译器是根据什么来确定的int的字节数呢？自己喜欢怎么样就怎么样吗？

编译器分普通版本（也就是32位）和64位版本。因为编译器和硬件关系（主要是 CPU）比较密切，所以不同平台下的编译器是不同的。因此在内核里，为了保证在不同平台下，变量的字节数一致，自己定义了一整套数据类型，比如 u32, u8 。

友情提醒 · **发表于 :** 2010-11-24 20:38

xiaobo68688 写道:

linjiework 写道:

学习了~~~

int 的字节数确实和编译器有关，和运行平台关系不大。int 的字节数在编译的时候就已经确定了。

谢谢您！那么，编译器是根据什么来确定的int的字节数呢？自己喜欢怎么样就怎么样吗？

从80386开始 cpu地址线就变为32位。int 4字节，就是与32位对齐，这个貌似是ANSI C规定的。编译器不会对标准C基本类型做更改。
如果楼主研究过标准C的结构体就会明白。一个结构体的大小是最后一个成员类型决定的。比如

代码:

struct foo1{ char a; int b};

代码:

struct foo {int a; char b};

是不一样大小的。在foo1里 char a和int之间编译器会自动补3个字节。如果不这样。cpu取址会出现异常甚至崩溃。
我想这也是int叫整形原因。。 :em06

xiaobo68688 · **发表于 :** 2010-11-26 12:51

友情提醒写道:

xiaobo68688 写道:

linjiework 写道:

学习了~~~

int 的字节数确实和编译器有关，和运行平台关系不大。int 的字节数在编译的时候就已经确定了。

谢谢您！那么，编译器是根据什么来确定的int的字节数呢？自己喜欢怎么样就怎么样吗？

从80386开始 cpu地址线就变为32位。int 4字节，就是与32位对齐，这个貌似是ANSI C规定的。编译器不会对标准C基本类型做更改。
如果楼主研究过标准C的结构体就会明白。一个结构体的大小是最后一个成员类型决定的。比如

代码:

struct foo1{ char a; int b};

代码:

struct foo {int a; char b};

是不一样大小的。在foo1里 char a和int之间编译器会自动补3个字节。如果不这样。cpu取址会出现异常甚至崩溃。
我想这也是int叫整形原因。。 :em06

恩，谢谢您，我明白了，但是下边您说的我不太了解，高手呀。
我还得查查资料再回来看看

eexpress · **发表于 :** 2010-11-26 13:24

原码反码和补码
就不是C该做的事情哦。C的编译器不同，缺省的字节长都不同的。
出这样题目的，就是脑袋给踢了的人。
那是asm，或者说指令集的事情。

BigSnake.NET · **发表于 :** 2010-11-26 13:44

友情提醒写道:

xiaobo68688 写道:

linjiework 写道:

学习了~~~

int 的字节数确实和编译器有关，和运行平台关系不大。int 的字节数在编译的时候就已经确定了。

谢谢您！那么，编译器是根据什么来确定的int的字节数呢？自己喜欢怎么样就怎么样吗？

从80386开始 cpu地址线就变为32位。int 4字节，就是与32位对齐，这个貌似是ANSI C规定的。编译器不会对标准C基本类型做更改。
如果楼主研究过标准C的结构体就会明白。一个结构体的大小是最后一个成员类型决定的。比如

代码:

struct foo1{ char a; int b};

代码:

struct foo {int a; char b};

是不一样大小的。在foo1里 char a和int之间编译器会自动补3个字节。如果不这样。cpu取址会出现异常甚至崩溃。
我想这也是int叫整形原因。。 :em06

一样大小的

BigSnake.NET · **发表于 :** 2010-11-26 13:57

而且楼主的解释各种问题。。
1. p 木有初始化，所以第二行就已经是未定义行为了。。
2. 即使刚好木有段错误，如果 p 没有对齐，在某些机器上也会崩掉。
3. 溢出是在赋值那里发生的， -130 超出了 char 的范围

poet · **发表于 :** 2010-11-26 15:11

xiaobo68688 写道:

linjiework 写道:

学习了~~~
int 的字节数确实和编译器有关，和运行平台关系不大。int 的字节数在编译的时候就已经确定了。

谢谢您！那么，编译器是根据什么来确定的int的字节数呢？自己喜欢怎么样就怎么样吗？

编译器在不同的平台上是根据对应 CPU 技术参数的推荐来决定的。因为 int 应当是“这个CPU最方便处理的，处理效率最高的整数类型”。这个类型不一定跟CPU位宽相同。

x86_64 位 CPU，在诞生的时候，其指令集就推荐使用 32 位整数，因此 int 是 32 位。——所以说实际上 int 字长与 CPU 位宽没有直接关系。（x86_64 指令集诞生于 K8 时代，各位可以查询 K8 相关文档，其中明确描述了整数 int 应当是 32 位。）

但是，我知道的，有个 HP 的小型机专用64 位CPU，其指令集推荐使用 64 位整数，因此那个平台上的编译器就选择了 64 位。

友情提醒 · **发表于 :** 2010-11-26 23:45

BigSnake.NET 写道:

友情提醒写道:

xiaobo68688 写道:

linjiework 写道:

学习了~~~

int 的字节数确实和编译器有关，和运行平台关系不大。int 的字节数在编译的时候就已经确定了。

谢谢您！那么，编译器是根据什么来确定的int的字节数呢？自己喜欢怎么样就怎么样吗？

从80386开始 cpu地址线就变为32位。int 4字节，就是与32位对齐，这个貌似是ANSI C规定的。编译器不会对标准C基本类型做更改。
如果楼主研究过标准C的结构体就会明白。一个结构体的大小是最后一个成员类型决定的。比如

代码:

struct foo1{ char a; int b};

代码:

struct foo {int a; char b};

是不一样大小的。在foo1里 char a和int之间编译器会自动补3个字节。如果不这样。cpu取址会出现异常甚至崩溃。
我想这也是int叫整形原因。。 :em06

一样大小的

sorry...很久没写生疏了。这个例子举的太烂了。。

代码:

struct foo1 {char a; int b; char c};

代码:

struct foo2 {int a; char b; char c};

这样就会不一样。。o(∩∩)o...哈哈我的失误。对不起楼主。

会fly的青蛙 · **发表于 :** 2010-12-07 19:43

咦，书上说结构体的大小是其所有元素总和呀，楼上的这两个不还是一样的吗?

frankvista · **发表于 :** 2010-12-08 15:57

eexpress 写道:

原码反码和补码
就不是C该做的事情哦。C的编译器不同，缺省的字节长都不同的。
出这样题目的，就是脑袋给踢了的人。
那是asm，或者说指令集的事情。

不敢苟同.
比如x&-x这种代码,如果计算机用的不是补码就悲剧了.

xenogear · **发表于 :** 2010-12-08 23:08

请问楼主为什么说-130是一个int类型的？

icmmed · **发表于 :** 2010-12-16 11:45

学习

由一道笔试题想到的：原码反码和补码

在线用户