在signed和unsigned int之間是否保持精確的位模式？

Question

我想通過一個套接字傳遞一個32位有符號整數x。爲了讓接收器知道哪個字節順序，我在發送之前調用htonl(x)。 htonl預計會有uint32_t，但我想確定在將我的int32_t投射到uint32_t時會發生什麼情況。

int32_t x = something; 
uint32_t u = (uint32_t) x; 

是否總是在x和u每個字節會完全一樣的情況下？怎麼樣鑄造回：

uint32_t u = something; 
int32_t x = (int32_t) u; 

我認識到，投大無符號值的負值，但這並不重要，因爲我只是鑄造回到另一端。但是如果使用實際字節進行強制轉換，那麼我無法確定強制轉換會返回相同的值。

Answer 1

一般來說，C中的投射是根據值來指定的，而不是位模式 - 前者將被保留（如果可能的話），但後者不一定如此。如果兩個補碼錶示沒有填充 - 這對於固定整數類型是強制性的 - 這個區別並不重要，並且演員確實是一個noop。

但即使從signed到unsigned的轉換會改變位模式，將其再次轉換回原來的值也會恢復原始值 - 超出範圍無符號簽名轉換的警告是實現定義的，可能會在溢出時發出一個信號。

對於完全的可移植性（這可能會矯枉過正），您需要使用類型雙擊而不是轉換。這可以通過以下兩種方式之一進行：

通過指針蒙上，即

uint32_t u = *(uint32_t*)&x; 

，你應該小心，因爲它可能違反了有效的打字規則（但罰款整數符號/無符號變種類型）或通過工會，也就是說，如果你想避免不確定的行爲

uint32_t u = ((union { int32_t i; uint32_t u; }){ .i = x }).u; 

也可用於例如將從double到uint64_t，你可能不會做指針強制轉換。

Answer 2

在C語言中使用Casts來表示「類型轉換」和「類型消歧」。如果你有類似的東西

(float) 3 

然後它是一個類型轉換，實際位改變。如果你說

(float) 3.0 

這是一種消除歧義的類型。

假設2的補碼錶示（見下文評論），當你施放一個int到unsigned int，位模式沒有改變，只是它的語義含義;如果你把它放回去，結果總是正確的。它屬於類型消歧的情況，因爲沒有位被改變，只是計算機解釋它們的方式。

請注意，理論上，可能不會使用2的補碼，並且unsigned和signed可能具有非常不同的表示，實際的位模式可能會在此情況下發生變化。

然而，從C11（當前的C標）時，實際上被保證sizeof(int) == sizeof(unsigned int)：

（§6.2.5/ 6）對於每個符號整數類型，有相對應的 （但是，它使用存儲相同量的（包括 符號信息）並具有相同的對準要求不同）的無符號整數型（帶 關鍵字無符號指定）[...]

我要說的是在實踐中，你可以假設它是安全的。

Answer 3

這應該永遠是安全的，因爲intXX_t類型保證在補如果它們存在：

7.20.1.1精確寬度的整數類型typedef名intN_t指定一個符號整型寬度爲N，沒有填充位，以及兩個補碼錶示。因此，int8_t表示寬度恰好爲8位的有符號整數 。

理論上，該反向轉換從uint32_t到int32_t被實現定義的，作爲所有unsigned到signed轉換。但我無法想象一個平臺的表現會與你期望的不同。

如果你想真正確定這一點，你仍然可以手動進行轉換。你只需要測試> INT32_MAX的值，然後做一些數學運算。即使你有系統地做，一個體面的編譯器應該能夠檢測並優化它。