在signed和unsigned int之间是否保持精确的位模式？

Question

我想通过一个套接字传递一个32位有符号整数x。为了让接收器知道哪个字节顺序，我在发送之前调用htonl(x)。 htonl预计会有uint32_t，但我想确定在将我的int32_t投射到uint32_t时会发生什么情况。

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

是否总是在x和u每个字节会完全一样的情况下？怎么样铸造回：

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

我认识到，投大无符号值的负值，但这并不重要，因为我只是铸造回到另一端。但是如果使用实际字节进行强制转换，那么我无法确定强制转换会返回相同的值。

Answer 1

一般来说，C中的投射是根据值来指定的，而不是位模式 - 前者将被保留（如果可能的话），但后者不一定如此。如果两个补码表示没有填充 - 这对于固定整数类型是强制性的 - 这个区别并不重要，并且演员确实是一个noop。

但即使从signed到unsigned的转换会改变位模式，将其再次转换回原来的值也会恢复原始值 - 超出范围无符号签名转换的警告是实现定义的，可能会在溢出时发出一个信号。

对于完全的可移植性（这可能会矫枉过正），您需要使用类型双击而不是转换。这可以通过以下两种方式之一进行：

通过指针蒙上，即

uint32_t u = *(uint32_t*)&x; 

，你应该小心，因为它可能违反了有效的打字规则（但罚款整数符号/无符号变种类型）或通过工会，也就是说，如果你想避免不确定的行为

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

也可用于例如将从double到uint64_t，你可能不会做指针强制转换。

Answer 2

在C语言中使用Casts来表示“类型转换”和“类型消歧”。如果你有类似的东西

(float) 3 

然后它是一个类型转换，实际位改变。如果你说

(float) 3.0 

这是一种消除歧义的类型。

假设2的补码表示（见下文评论），当你施放一个int到unsigned int，位模式没有改变，只是它的语义含义;如果你把它放回去，结果总是正确的。它属于类型消歧的情况，因为没有位被改变，只是计算机解释它们的方式。

请注意，理论上，可能不会使用2的补码，并且unsigned和signed可能具有非常不同的表示，实际的位模式可能会在此情况下发生变化。

然而，从C11（当前的C标）时，实际上被保证sizeof(int) == sizeof(unsigned int)：

（§6.2.5/ 6）对于每个符号整数类型，有相对应的 （但是，它使用存储相同量的（包括 符号信息）并具有相同的对准要求不同）的无符号整数型（带 关键字无符号指定）[...]

我要说的是在实践中，你可以假设它是安全的。

Answer 3

这应该永远是安全的，因为intXX_t类型保证在补如果它们存在：

7.20.1.1精确宽度的整数类型typedef名intN_t指定一个符号整型宽度为N，没有填充位，以及两个补码表示。因此，int8_t表示宽度恰好为8位的有符号整数 。

理论上，该反向转换从uint32_t到int32_t被实现定义的，作为所有unsigned到signed转换。但我无法想象一个平台的表现会与你期望的不同。

如果你想真正确定这一点，你仍然可以手动进行转换。你只需要测试> INT32_MAX的值，然后做一些数学运算。即使你有系统地做，一个体面的编译器应该能够检测并优化它。