隐式类型转换的陷阱

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更新：2020/05/21，转载请注明出处。

C语言进阶修炼之--隐式类型转换的陷阱

隐式类型转换是C语言的一大诡异之处，它造成的危害程度与数组和指针有的一拼。语句或表达式通常应该只使用一种类型的变量和常量。然而，如果你混合使用类型，C使用一个规则集合来自动完成类型转换。这可能很方便，但也很危险。

a) 当出现在表达式里时，有符号和无符号的char和short类型都将自动被转换为int类型，在需要的情况下，将自动被转换为unsigned int（在short和int具有相同大小时）。这称为类型提升。提升在算数运算中通常不会有什么大的坏处，但如果位运算符 ~ 和 << 应用在基本类型为unsigned char或unsigned short 的操作数，结果应该立即强制转换为unsigned char或者unsigned short类型（取决于操作时使用的类型）。

    unsigned char port = 0x5aU; // 0101 1010
    unsigned char result_8;
    result_8 = (~port) >> 4;  //1010 0101 >> 4

假如我们不了解表达式里的类型提升，认为在运算过程中变量port一直是unsigned char类型的。我们来看一下运算过程：~port结果为0xa5，0xa5>>4结果为0x0a，这是我们期望的值。

但实际上，result_8的结果却是0xfa！在ARM 32结构下，int类型为32位。变量port在运算前被提升为int类型：~port结果为0xff ff ff a5
，0xff ff ff a5>>4结果为0x0f ff ff fa
，赋值给变量result_8，发生类型截断（这也是隐式的！），result_8=0xfa。经过这么诡异的隐式转换，结果跟我们期望的值，已经大相径庭！正确的表达式语句应该为：

result_8 = (unsigned char) (~port) >> 4;        /*强制转换*/

还有一个例子：

char a = 0x80;
if( a == 0x80)
    printf("equal\n");

实际上不会打印equal，根据转化规则，a先转换成0xFFFFFF80，再和0x80做比较。

char提升为int，高位应该填0还是填1？
如果是unsigned的类型转换成int类型，高位补0.
如果是signed的类型转换成int类型，如果原来最高位是1则补1，如果是0则补0。

2) 如果int和unsigned int一起运算，会将int转为unsigned int，这种操作如果放在while和if语句的条件判断中，会有想不到的结果，所以要小心小心。

#include <stdio.h>
#include <string.h> 
int main()
{
    const char *str = "abcdef";
    int i = -1;

    if(strlen(str) > i){
        printf("Yes\n");
    }
    else{
        printf("No\n");
    }
    printf("-1的无符号类型：%u\n", -1); 

    return 0;
}

str的长度是6，必然大于-1，但运行结果是No，这说明，整型i在和size_t类型的数作比较时，-1变成了size_t类型，即有符号数变成了无符号数，是一个很大的数，远远大于6，所以输出No。

3) return 语句会将变量或者表达式的值转换成函数定义的返回值类型，这一点非常隐蔽。

unsigned int fun()
{
    char a = 0x80;
    return a;
}
unsigned int a = fun();
printf("a=%u\n",a);    

char如果是个负数，转为unsigned int或者int，扩展位全部填1，即0x80变成0xFFFFFF80；如果不是负数，扩展位全部填0。

return a相当于return (unsigned int)a。

结论1

C语言中比int小的整型（包括short 、unsigned short 、 unsigned char和char）在运算中都要转换成int然后进行运算，至于为什么选择转换为int，应该是从效率上考虑的，因为通常情况下int的长度被定义为机器处理效率最高的长度，比如32位机上，一次处理4个字节效率是最高的，所以虽然short（我机器上占2个字节）更节省内存，但是在运算中的效率，是int更高。

但是还需要注意一个问题就是转换成int类型的时候，高位补齐的问题。

如果是unsigned的类型转换成int类型，高位补0.

如果是signed的类型转换成int类型，如果原来最高位是1则补1，如果是0则补0。

对于unsigned short和short进行运算，和char和unsigned char一样，都是要先转换成int，然后再进行运算。

转换时高位补齐的方法也和unsigned char、char一样。

unsigned char a = 0x02 ;
(int)a = 0x 00 00 00 02;

char a = 0x02; 0000 0010 
(int)a = 0x00 00 00 02;

char a = 0x80; 1000 0000
(int)a = 0xFF FF FF 80；

结论2

unsigned int和int做运算会将int看成unsigned int，而且结果也是unsigned int。

结论3

return返回时如果类型不一致也会做类型转换。

每天进步一点点……