char与signed char, unsigned char的区别

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0. 预备知识：整数在计算机中的表示

原码、反码、补码、移码的定义：

原码：如果机器字长为n，那么一个数的原码就是一个n位的二进制数，其中最高位为符号位：正数为0，负数为1；剩下的n-1位表示该数的绝对值，位数不够的用0补全。

下面是机器字长为8的情况：

X = +101011 , [X]原 = 00101011    
X = -101011 , [X]原 = 10101011

反码： 正数的反码与原码一样，负数的反码就是在原码的基础上，符号位不变其他位按位取反(就是0变1，1变0)。

例如：

X = -101011 , [X]原 = 10101011 ，[X]反 = 11010100

补码：正数的补码与原码一样，负数的补码就是在反码的基础上按照正常的加法运算加1。

例如：

 X = -101011
[X]原 = 10101011
[X]反 = 11010100
[X]补 = 11010101

0的原码跟反码都有两个，补码是唯一的，因为这里0被分为+0和-0，如果机器字长为8那么[0]补 = 00000000。

移码： 不管正负数，只要将其补码的符号位取反即可。

例如：

 X = -101011
[X]原 = 10101011     
[X]反 = 11010100
[X]补 = 11010101
[X]移 = 01010101

整数在计算机中是以二进制补码的方式表示的

以int型为例：int有4个字节，最高位为符号位

正数为0xxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx

例如：int n = 3;
在计算机里存储为00000000 00000000 00000000 00000011
(正数的原码反码和补码都一样)

负数为1xxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx，

例如：int n = -3;
在计算机里存储为11111111 11111111 11111111 11111101(补码)

1.char类型的使用

字符型char用于储存字符(character)，如英文字母或标点。严格来说，char 其实也是整数类型(integer type)，因为 char 类型储存的实际上是整数，而不是字符。计算机使用特定的整数编码来表示特定的字符。美国普遍使用的编码是 ASCII(American Standard Code for Information Interchange 美国信息交换标准编码)。例如：ASCII 使用 65 来代表大写字母 A，因此存储字母 A 实际上存储的是整数65。

在C语言中，char类型通常有以下两种使用方法：

（1）当字符用

原始的ASCII标准里，定义的字符码值是只有0~127，所以char类型可以表示其中的任何一个字符，于是普通意义上我们对它的理解就是它表示一个字符，也就是表示一个ASCII码（这也是C语言基础中对它的解释）。

（2）当单字节整数

从本质上来说，字符(‘a’, ‘b’, ‘c’等）本质上也是一个整数，只是字符代表的值是0～127，我们可以用char表示一个不太大的整数。

2.char,signed char及unsigned char的区别

char,signed char与unsigned char都是字符类型，根据编译器的不同，char会用signed char或unsigned char来实现，例如VC编译器、x86上的GCC都把char定义为signed char，而arm-linux-gcc却把char定义为 unsigned char。

**说明：我们现在默认在VC编译环境下 char 定义为 signed char**

那么char与unsigned char有什么区别呢？

这里讨论两者的区别其实是相对“运算”而说的，已经脱离了我们字面含义“字符”。

首先在内存中，char与unsigned char没有什么不同，都是一个字节，都能表示256个数字（8个bit，最多256种情况），唯一的区别是，char的最高位为符号位，因此char能表示-128~127, unsigned char没有符号位，因此能表示0~255。

在实际使用过程中有什么区别呢?

在普通的赋值，读写文件和网络字节流都没什么区别，反正就是一个字节，不管最高位是什么，最终的读取结果都一样，只是你怎么理解最高位而已，在屏幕上面的显示可能不一样。但是如果进行*数据转换*，char与unsigned char就有区别了，如果是char，系统认为最高位是符号位，那么将对最高位进行拓展，如果是unsigned char，系统认为没有符号位，不会对最高位拓展。

对最高位拓展是什么意思呢？

char在C里占一个字节，比如0x80的一个char，二进制为10000000，如果转为int，则认为最高位的1是符号位，int是4个字节，剩下的3个怎么办呢，肯定得填充了，系统会在前面填充。如果最高位是符号位，那么系统会在前面填充3个字节的符号位（这和计算机里数值用补码表示有关）。

比如0x80的一个char，10000000，表示-128，转为int类型时，我们还是希望是-128，此时系统会在前三个字节里全部填充符号位1，变成11111111 11111111 11111111 1000000，这个数在计算机里还是表示-128。

如果一个0x80的unsigned char,二进制也是1000 0000，由于是无符号型（只能表示正数），系统认为该数最高位不是符号是数，所以系统认为所表示的值是128，若转为int型，系统会在前三个字节填充0，变成00000000 00000000 00000000 1000000，这个数在计算机int里还是表示128。

**注意：赋给unsigned int也会扩展。**

3.char 和 unsigned 与int 之间的转换示例

3.1 int型转换为char和unsigned char

因为char和unsigned char型都是一个字节，int型是四个字节的，从 int 型到 char 或 unsigned char型的转换都是直接将int的最低字节赋予char 或 unsigned char;

当int为正数时：

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char c = 3;  
unsigned char uc= 3;

3是int型，其在计算机里的存储为00000000 00000000 00000000 00000011;所以 c 和 uc 在计算机里的存储都为 00000011，由于是正数，故值都为3。

当int为负数时：

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char c = -3;  
unsigned char uc= -3;

-3是int 型，其在计算机里的存储为11111111 11111111 11111111 11111101;所以c和uc在计算机里的存储都为1111 1101；但由于char是有符号的，unsigned char 是无符号的；char c的最高位为符号位，符号位1表示负数，0表示正数，所以c的值为-3；而unsigned char uc是无符号的，所以值为253。

3.2 char和unsigned char 转换为int 型

由于char或者unsigned char是一个字节的，int型是四个字节的，当char 或者 unsigned char向int 型转换的时候，高的三个字节计算机怎么处理呢？

3.2.1 char 转换为int型

因为char是有符号的，所以int的高三个字节都是以char的最高位(符号位去填充)

例如：当c是char型，并且在计算机里存储为1111 1101时，

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int n = c;

n在计算机里的存储为：11111111 11111111 11111111 11111101

例如：当c是char型，并且在计算机里存储为0000 0011时，

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int n = c;

n在计算机里的存储为：00000000 00000000 00000000 00000011;

3.2.2 unsigned char 转int型

因为unsigned char 是无符号的，所以int的高三个字节都是以0填充，例如：
当uc是unsigned char型，并且在计算机里存储为1111 1101时，

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int n = uc;

n在计算机里的存储为：00000000 00000000 00000000 11111101，
又例如：
当uc是unsigned char型，并且在计算机里存储为0000 0011时，

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int n = uc;

n在计算机里的存储为：00000000 00000000 00000000 00000011;

4. 更多示例

下面是一段C语言程序，通过查看控制台的输出信息就可以分析char和unsigned char的区别：

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#include <stdio.h>
void test(unsigned char v) {
char c = v;
unsigned char uc = v;
unsigned int a = c, b = uc;
int i = c, j = uc;
printf("%%c: %c, %c\n", c, uc);
printf("%%X: %X, %X\n", c, uc);
printf("%%u: %u, %u\n", a, b);
printf("%%d: %d, %d\n", i, j);
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
test(0xFF);
test(0x80);
test(0x7F);
test(0x41);
return 0;
}

对输出的内容进行分析：

首先对占位符进行说明：

占位符 含义
%c 读入一个字符
%X 读入十六进制整数
%u 读入一个无符号十进制整数
%d 读入十进制整数

（1) test(0xFF)

输出语句 输出内容 内容分析
printf(“%%c: %c, %c\n”, c, uc); %c: ?, ? 0xFF转为二进制为11111111，在char中表示-127，在unsigned char中表示的值为255，两者都不在ASCII所定义的字符范围内，所以显示“ ？”
printf(“%%X: %X, %X\n”, c, uc); %X: FFFFFFFF, FF %X要将值转换成int整数类型再来进行输出，所以char类型中的符号位会进行扩展，转换后为11111111 11111111 11111111 11111111，转成16进制即FFFFFFFF；unsigned char类型没有符号位，所以系统会在前面填充0，转换后为00000000 00000000 00000000 11111111，16进制表示为FF(这里的c和uc都是字符型，所以直接将存储的二进制数转换为16进制后输出)
printf(“%%u: %u, %u\n”, a, b); %u: 4294967295, 255 这里是把char和unsigned char类型转换为unsigned int 型，然后按照无符号10进制整形输出；这里同样需要对符号位进行扩展，然后按照无符号10进制输出，所以输出的结果为4294967295 ,255
printf(“%%d: %d, %d\n”, i, j); %d: -1, 255 这里是把char和unsigned char转换为int型，然后按10进制整形输出；char类型转成int型后为11111111 11111111 11111111 11111111，因为是有符号型int，所以这里存储的二进制数会被当作补码，转换为原码后为10000000 00000000 00000000 00000001，按照10进制整形输出即为-1；unsigned char 转成int型后为00000000 00000000 00000000 11111111，转换为10进制整形后输出为255

（2) test(0x80)

输出语句 输出内容 内容分析
printf(“%%c: %c, %c\n”, c, uc); %c: ?, ? 0x80转为二进制为10000000，在char中表示-128，在unsigned char中表示的值为128，两者都不在ASCII所定义的字符范围内，所以显示“ ？”
printf(“%%X: %X, %X\n”, c, uc); %X: FFFFFF80, 80 %X要将值转换成int整数类型再来进行输出，所以char类型中的符号位会进行扩展，转换后为11111111 11111111 11111111 10000000，转成16进制即FFFFFF80；unsigned char类型没有符号位，所以系统会在前面填充0，转换后为00000000 00000000 00000000 10000000，16进制表示为80(这里的c和uc都是字符型，所以直接将存储的二进制数转换为16进制后输出)
printf(“%%u: %u, %u\n”, a, b); %u: 4294967168, 128 这里是把char和unsigned char类型转换为unsigned int 型，然后按照无符号10进制整形输出；这里同样需要对符号位进行扩展，然后按照无符号10进制输出，所以输出的结果为4294967168 ,128
printf(“%%d: %d, %d\n”, i, j); %d: -128, 128 这里是把char和unsigned char转换为int型，然后按10进制整形输出；char类型转成int型后为11111111 11111111 11111111 10000000，因为是有符号型int，所以这里存储的二进制数会被当作补码，转换为原码后为10000000 00000000 00000000 10000000，按照10进制整形输出即为-128；unsigned char 转成int型后为00000000 00000000 00000000 10000000，转换为10进制整形后输出为128

（3) test(0x7F)

输出语句 输出内容 内容分析
printf(“%%c: %c, %c\n”, c, uc); %c: , 0x7F转为二进制为01111111，在char和unsigned char中表示的值都为127，两者对应的ASCII的字符为“DEL (delete)”，所以输出“ , ”
printf(“%%X: %X, %X\n”, c, uc); %X: 7F, 7F %X要将值转换成int整数类型再来进行输出，char和unsigned char类型转换后都表示为00000000 00000000 00000000 01111111，转成16进制即7F(这里的c和uc都是字符型，所以直接将存储的二进制数转换为16进制后输出)
printf(“%%u: %u, %u\n”, a, b); %u: 127, 127 这里是把char和unsigned char类型转换为unsigned int 型（这里同样需要对符号位进行扩展），转换后都为00000000 00000000 00000000 01111111，然后按照无符号10进制整形输出，所以输出的结果为127 ,127
printf(“%%d: %d, %d\n”, i, j); %d: 127, 127 这里是把char和unsigned char转换为int型，然后按10进制整形输出；char类型和unsigned char转成int型后均为00000000 00000000 00000000 01111111，按照10进制整形输出即为127

（4) test(0x41)

输出语句 输出内容 内容分析
printf(“%%c: %c, %c\n”, c, uc); %c: A, A 0x41转为二进制为01000001，在char和unsigned char中表示的值都为65，两者对应的ASCII的字符为“A”，所以输出“A,A”
printf(“%%X: %X, %X\n”, c, uc); %X: 41, 41 %X要将值转换成int整数类型再来进行输出，char和unsigned char类型转换后都表示为00000000 00000000 00000000 01000001，转成16进制即41(这里的c和uc都是字符型，所以直接将存储的二进制数转换为16进制后输出)
printf(“%%u: %u, %u\n”, a, b); %u: 65, 65 这里是把char和unsigned char类型转换为unsigned int 型（这里同样需要对符号位进行扩展），转换后都为00000000 00000000 00000000 01000001，然后按照无符号10进制整形输出，所以输出的结果为65,65
printf(“%%d: %d, %d\n”, i, j); %d: 65, 65 这里是把char和unsigned char转换为int型，然后按10进制整形输出；char类型和unsigned char转成int型后均为00000000 00000000 00000000 01000001，按照10进制整形输出即为65

通过上面的分析可以发现，当char和unsigned char对应的字节存储相同的二进制码，若最高位为0时，二者没有区别，若最高位为1，则在数据转换时两者就有区别了。

参考文档

百度文库: char与unsigned char的本质区别

zx824的博客: char与signed char, unsigned char的区别

yifeiboss的博客：char和unsigned与int之间的转换