符号性和符号扩展

一、符号性

无论是host与net之间进行通信，还是host与device之间进行数据传输，发送者与接收者必须商定一个细节：传输的数字是否带有符号。我们知道：1 byte = 8 bits ，一个字节可以表示 0
～255 之间的值（2 ^ 8 = 256）。如果你不需要负数，事实就是这样，但是对于许多应用程序来说是需要负数的。幸运的是，也可以用一个字节表示 -128 ～ 127 这样的256个值。

2的补码（two's-complement）表示法是表示这样的有符号数字的常用方法。对于k位的数字，负整数-n （1
≤ n ≤ 2^(k-1)）的2的补码表示法是任意值 2^k - n 。例如：在X86中，-1的two's-complement是“2^8
- 1 = 255”，即0xff （1111 1111）。而非负整数（ 0
～ 2^(k-1) - 1 ）直接编码即可，例如：122可以表示为：“0111 1010”，即0x7a。注意：最高有效位（most significant bit，msb）指示值为正（msb=0）还是为负（msb=1）。

k位有符号的数和k位无符号的数的编码范围是不同的，前者可编码范围是 -2^(k-1) ～
2^(k-1)-1 ；后者的编码范围是 0 ～ 2^k - 1。

注：以上参考《TCP/IP
Sockets in C》，后面的内容转自博客：
http://www.cnblogs.com/mydomain/archive/2012/11/20/2780017.html
二、符号扩展（Sign
Extension）

1、符号扩展：当把有符号的值赋值给（或转换为）任意更宽类型的值时，其占用的内存（字节数）将进行扩展，由于符号位位于该数的第一位，扩展之后，符号位仍然需要位于第一位，所以，当扩展一个负数的时候需要将扩展的高位全赋为1；对于正数而言，符号扩展和零扩展是一样的，因为符号位就是0。

比如用8位二进制表示-1，则是10000001

如果把这个数用16位二进制表示时，则为11111111
10000001 高位全都是1，这个叫做符号扩展，其实际是对符号位的扩展。

2、零扩展就是全补零。不论其符号位是多少，高8位全都补0。

能过上面的定义可以看出在C++中，如果把一个char向一个整形转换的时候，就会存在着这个问题

如果你想得到一个正数，那么如果一个字符的ASCII码值是小于零的，而直接用(int)c进行强制类型转换，结果是通过符号扩展得到的也为一个负数。要得到正数，一定要用(int)(unsigned
char)c;因为unsigned char去除了c的符号位，所以，这样的类型转换后，再用(int)进行转换得到的就是一个正数。

3、从上机的叙述得知，有符号数向其它类型数据转化(如char到int,char到unsigned
int)时，进行符号位扩展；无符号数向其它类型转换(如unsigned
char到int, long)时，进行零扩展。

char	short	符号位扩展
char	unsigned char	最高位失去符号位意义，变为数据位
char	unsigned short	符号位扩展到short;然后从short转到 unsigned short
unsigned char	char	最高位作为符号位
unsigned char	short	0扩展
unsigned char	float	转换到long; 再从 long 转换到float

4、由大数据类型向小数据类型转换时，保留低位字节。

unsigned long	char	保留低位字节
unsigned long	short	保留低位字节

示例

#include <stdio.h>
int main()
{
int i =129;
char chA= (char)i;
int c = (int)(unsigned char)chA;
int b = (int)chA;
printf("sign extension: %d/n",b);
printf("zero extension: %d/n",c);
system("pause");
return 1;
}

运行结果：

sign extension: -127

zero extension: 129