c语言关于char类型的几道面试题

2024-01-10 19:57:10

数据是以二进制补码存放在计算机中的，其中signed char类型的范围是[-128,127],unsigned char类型的范围是[0,255]。这是因为signed char类型在32位机器中占8个字节，最高位是符号位，所以正数的范围是：00000000——01111111（0到127），负数的范围是：10000000——11111111，因为不可以出现负0，所以10000000被规定值是-128。所以整个signed char的取值范是[-127,128]。那么unsigned char 就更好理解：00000000——11111111（0到255）。

下面我们来看几个典型试题和面试题。

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int main(){
	char a = -1;
	unsigned char b = -1;
	printf("%d %d\n", a, b);
	system("pause");
	return 0;
}

这道题的结果为什么会是这样呢？明明都赋值为-1，而b打印出来确是255，下面来简要分析一下代码的执行流程：

赋值：数字在计算机中都是以二进制补码存储的，所以整形-1在32位机器下计算机中的存储形式是：11111111111111111111111111111111。在把int型的变量赋值给char形会发生截断现象，取int的低8位，因为char类型占1个字节（8比特位），所以这时在变量a和b中存储的都是：11111111（存储时与变量类型无关，只看当前数字的二进制补码）。

打印：因为%d打印的是有符号整型，所以在打印字符型变量时，发生整型提升，整型提升关键看变量类型（指的是a或者b，与它们之中存储的数据无关）。如果是有符号数（signed），先看符号位为几（负数为1正数为0），就在前面的高位补24个1或者24个0。如果是无符号（unsigned），前面的高位补24个0。a是有符号数，整型提升时，符号位是1，所以整型提升后的补码为：11111111111111111111111111111111，计算机识别它为-1，所以就打印出了-1。而b是无符号char型，整型提升时直接补上24个0，补码为：00000000000000000000000011111111，因为正数的补码和原码相同，所以计算机直接识别它为255。

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int main(){
	char a = -128;
	printf("%u", a);
	system("pause");
	return 0;
}

看完第一题，这个代码就好理解多了，因为在signed char中规定，-128的二进制表示为：10000000（即是原码又是补码）。在赋值时所以在打印时发生整型提升，因为是有符号数，先看符号位，符号位是1，直接补上24个1：11111111111111111111111110000000。又因为是按照无符号打印（%u，直接把内存中的补码数据按照正数打印），所以出现了4294967168，它的二进制补码就是：11111111111111111111111110000000。

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int main(){
	int a = -20;
	unsigned int b = 10;
	printf("%d", a + b);
	system("pause");
	return 0;
}

这个代码很有意思，如果没有接触过c语言，可能会直接给出正确答案，那不就是-10嘛。但是等你学完c语言的隐式类型转换后可能会对这道题犯愁了，因为a和b的类型不同，不能直接进行算数计算。所以要把int型转换成unsigned int型（规定），1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1100和00000000000000000000000000001010直接进行加法运算(符号位也参与运算)得到：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110。因为按照有符号数打印，所以补码转原码后是：-10。

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int main(){
	unsigned int i;
	for (i = 9; i >= 0; i--){
		printf("%u\n", i);
		Sleep(500);//睡眠函数，让程序睡眠0.5秒后执行
	}
	system("pause");
	return;
}

这是一个死循环，这个代码应该非常好理解，因为i是unsigned int 类型，i的值永远大于等于0。

那么到0后后边那个很大的数字怎么理解呢？

因为0的二进制补码是：00000000000000000000000000000000，在进行减1操作后，变成：11111111111111111111111111111111，在按照无符号打印就是 4294967295了。

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
unsigned char i = 0;
int main(){
	for (i = 0; i <= 255; i++){
		printf("hello word\n");
	}
	system("pause");
	return;
}

毫无疑问，这个程序也是死循环，站在宏观的角度上，unsigned char类型变量的取值范围是[0,255]，所以i的值一直满足条件，所以死循环。

在进一步分析，当i的值是255时，在计算机中存的是255的补码：11111111。当这个值加1后，变成：100000000 ，因为char类型只有1个字节（8位），所以只取低八位，此时i又从0开始，死循环。

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
#include <string.h>
int main(){
	char a[1000];
	int i;
	for (i = 0; i < 1000; i++){
		a[i] = -1 - i;
	}
	printf("%d\n", strlen(a));
	system("pause");
	return;
}

这道题就有点难了，首先要知道strlen是求字符串的长度的，遇到'\0'就会停止。

在for循环中对a数组进行赋值，依此赋值为：-1，-2，......-127，-128。当i=128时-1-i是-129，但是int char类型是存不下-129的，那么这个-129要如何去理解呢？

-129的补码是：1111 1111 1111 1111 1111 1111 0111 1111。当把-129放入char类型数组时，会发生截断，只取后8位：011111111。此时计算机识别这个int char类型的值是127。

那么当i是129时，-1-i的值就是-130，-130的补码是：1111 1111 1111 1111 1111 1111 0111 1110。依然出现截断，此时数组中存的是：011111110。此时这个值就是126。

当i的值是255时，-1-i的值就是-256，-256的补码是： 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000。存入数组时依然发生截断，取后八位：00000000。此时这个值就是0。

当使用strlen时，碰到了'\0'就结束，而'\0'的ASLL码就是0，所以碰到0也就停止了。当第一次a[i]==0时，i的值是255。所以a[255]==0。那么字符串长度此时就是从a[0]到a[254]一共255个值，那么strlen(a)就是255了。程序执行结果如下：

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