为什么整数溢出会在 C 中产生意外结果？

C 中整数溢出的意外结果

使用整数类型时，了解溢出的含义至关重要。在这篇文章中，我们将探讨为什么有符号和无符号整数溢出会在 C 程序中产生意外结果。

考虑以下测试整数溢出的程序：

#include <iostream>

int main()
{
    int x(0);
    std::cout << x << std::endl;

    x = x + 2147483647;
    std::cout << x << std::endl;

    x = x + 1;
    std::cout << x << std::endl;
    std::cout << std::endl;

    unsigned int y(0);
    std::cout << y << std::endl;

    y = y + 4294967295;
    std::cout << y << std::endl;

    y = y + 1;
    std::cout << y << std::endl;
}

输出令人惊讶：

0
2147483647
-2147483648

0
4294967295
0

有符号整数溢出

有符号整数溢出是未定义的行为。这意味着编译器可以做任何它想做的事情，包括产生像本例一样的错误结果。

无符号整数溢出

相比之下，无符号整数溢出很好-定义。该值环绕，类似于除以 2^bits 的模数（其中，bits 是数据类型中的位数）。由于我们有一个 32 位 int：

4294967295 + 1 = 4294967296 % 2^32 = 0

具体实现细节

尽管有符号整数溢出是未定义的行为，但大多数实现都使用 2 的补码表示。这解释了在该程序中观察到的具体结果：

• POS_MAX（最大正值）= 7 (0111)
• NEG_MAX（最大负值）= -8 (1000)

加 1 时POS_MAX:

0111 + 1 = 1000

由于设置了前导位，因此它是一个负数。为了找到实际值，我们执行 2 的补码逆：

1000 - 1 = 0111
~0111 = 1000 = -8

因此，最终值为 -8，出现在程序的输出中。

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