3

Недавно начал изучать С и познакомился с таким классификатором как unsigned.

#include <stdio.h>

int main() {
    unsigned int a;
    a = -3;
    printf("%d", a + -10);
}

Выводится число -13. Почему? Ведь переменные с unsigned не содержат информацию о знаке?

7
  • Комментарии не предназначены для расширенной дискуссии; разговор перемещён в чат.
    – Grundy
    26 сен 2020 в 22:44
  • @Grundy, зачем перенёс? Это ж почти ответы были.
    – Qwertiy
    26 сен 2020 в 22:57
  • @Qwertiy, зачем почти, когда есть просто? :)
    – Grundy
    26 сен 2020 в 23:04
  • 1
    @Grundy, тут интереснее.
    – Qwertiy
    26 сен 2020 в 23:05
  • 1
    @Grundy, может такой подход к комментариям и порождает такую ситуацию?
    – avp
    26 сен 2020 в 23:36

1 ответ 1

11

Смотрите, в чем дело. Эта программа содержит неопределенное поведение из-за несоответствия спецификаторов формата и фактических аргументов в вызове функции printf. Стандарт не налагает никаких ограничений на поведение программы, содержащей неопределенное поведение. Однако мы можем по-рассуждать, почему в вашем конкретном случае программа выводит -13.


unsigned int a;
a = -3;

Оператор = называется simple assignment operator. Вот, что происходит в строке с присваиванием:

  1. Тип assignment expression (т. е. всего выражения a = -3) является типом выражения с левой стороны (т. е. типом aunsigned int).

  2. Выражение справа преобразуется в тип assignment expression и затем замещает значение в объекте, на который указывает операнд слева (т. е. a).

    Другими словами выражение справа типа int неявно преобразуется в тип unsigned int. По правилам значение конвертируется с помощью добавления к нему UINT_MAX + 11, 2, согласно § 6.3.1.3 / 23.

Т. е. в переменную a никогда не попадет значение -3 типа int, оно будет неявно преобразовано в тип unsigned int перед присваиванием. А вот что получится в результате этого неявного преобразование зависит от значения UINT_MAX, которое само уже зависит от реализации. Другими словами, мы можем считать, что в a сейчас хранится -3 + 1 + UINT_MAX.

Далее — выражение a - 10. Здесь имеют место usual arithmetic conversions (§ 6.3.1.8), в ходе которых операнд 10 типа signed int преобразуется в unsigned int. Путем несложных подсчетов можно выяснить, что в итоге функции передается значение (-3 + 1 + UINT_MAX) - 104.

Далее. При вызове функции с переменным числом аргументов (каковой и является printf) происходит процесс, который называется default argument promotions (§ 6.5.2.2 / 6), при котором каждый аргумент проходит преобразование в некоторый тип и только затем, в преобразованном виде, передается на вход функции. Согласно правилам таких преобразований аргумент a в данном случае не будет преобразован ни в какой другой тип, т. е. останется типа unsigned int.

Здесь возникает проблема: функция printf ожидает на входе тип int (потому что мы указали спецификатор %d в формате), но мы её на вход передаем тип unsigned int. Все, что произойдет далее зависит от того, как сложатся звезды как реализована функция printf.

Можем сделать некоторые предположения. Пусть UINT_MAX равно 4294967295 и на нашей платформе используется two's complement. Тогда в printf передается значение (-3 + 1 + UINT_MAX) - 10, что равно 4294967283. Объектное представление беззнаковых целых в C — это просто их двоичная запись. В данном случае — это 4 байта 0xFFFFFFF3. Если эти 4 байта интерпретировать как int в two's complement (что и вынуждена делать функция printf в нашем примере), то получится как раз -13.


1 UINT_MAX — это в случае unsigned int.

2 На этом, кстати, основан трюк с получением значения UINT_MAX: unsigned int a = -1;.

3 Все ссылки в данном ответе предполагают рабочий черновик стандарта ISO/IEC 9899:202x (E) от 7-го июня 2019 года.

4 Как правильно заметил @wololo в комментариях, передается на самом деле (-3 + 1 + UINT_MAX) + (-10 + 1 + UINT_MAX), т. к. (int) -10 тоже подвергается преобразованию в unsigned int. На результат этот не повлияет и для простоты вычислений закроем глаза на этот нюанс.

6
  • "Далее — выражение a - 10". Но ведь выражение имеет вид a + -10. Преобразовать 10 в unsigned int — это совсем не то же самое, что преобразовать -10 в unsigned int.
    – wololo
    26 сен 2020 в 22:07
  • @wololo, точно, не заметил, спасибо! На самом деле ничего кардинально не изменится, просто добавится еще один integer promotion из-за § 6.5.3.3 / 3.
    – eanmos
    26 сен 2020 в 22:11
  • 1
    UB и ill-formed - разные вещи. Код в вопросе вызывает UB, но не является ill-formed. 26 сен 2020 в 22:12
  • @HolyBlackCat, да, вы правы. Я тут посмотрел, в стандарте C вообще нет такого термина (видимо, он залез мне в голову из C++ и так там и остался :) ). Спасибо.
    – eanmos
    26 сен 2020 в 22:20
  • Уже не единожды замечал, что здесь в комментариях и ответах в printf иногда указывают знаковый спецификатор типа, но передают беззнаковый аргумент и наоборот. Наконец-то кто-то обратил внимание на ошибочность таких конструкций. Так что это вам спасибо. P.S. Хоть итоговый результат и не изменится, но слагаемые немного другие. К значению (-3 + 1 + UINT_MAX) прибавляется значение (-10 + 1 + UINTMAX).
    – wololo
    26 сен 2020 в 22:31

Ваш ответ

By clicking “Отправить ответ”, you agree to our terms of service and acknowledge that you have read and understand our privacy policy and code of conduct.

Всё ещё ищете ответ? Посмотрите другие вопросы с метками или задайте свой вопрос.