「Unsigned是什么意思？」——解读数字荒野里的编程术语

「Unsigned是什么意思？」——解读数字荒野里的编程术语

作为一个缺乏向左倾斜小撇的计算机化学生，相信我——unsigned是一个你不得不面对的编程术语。在众多程序语言中都有它存在的影子，但是它究竟是干嘛的？为什么它这么普遍？本文将追溯unsigned的起源，并详述它的定义、作用和语义。

1. 起源

首先，我们需要理解简单数据类型（Simple Data Types）与符号数据类型（Signed Data Types）之间的差别。编写计算机程序时，我们需要告诉计算机我们要处理的数据类型和数据值。简单数据类型是一种基本的数据类型，比如整数、浮点数和字符，它们是相对简单的，容易理解。符号数据类型也是一种基本的数据类型，它们用来表示正数和负数。在编程中，我们通常使用带符号的数据类型（比如有符号整型int）来表示正数和负数。而在十进制数系统中，我们常常不区分正负号，因为我们知道数字的正负性是由数字的位置和符号来决定的。

简单来说，unsigned就是没有符号的数据类型。C语言中引入了unsigned关键字，表示某个整型数据类型将不带符号。这个意思可能有些抽象，看下面这两个数的二进制形式，便可以理解了。我们假设待比较的是两个8位二进制数，0000 0101和1000 0101，这分别是十进制数5和133。求出它们的补码，我们得到：

1101 1011 和 1000 0101

这两个数的原码和反码都是分别为5和-123，因为二进制数的最高位是符号位。如果我们要处理的数据范围全部是非负数，使用unsigned数值就可以利用二进制数值位的全部位置来存储正数，而不必浪费掉等会会浪费在负数服务器上的空间。

2. 定义

在C语言中，unsigned关键字表示该整型数据类型不带符号。它可以与其他类型一起使用，例如unsigned int表示一个正整数。unsigned char表示一个0到255之间的字符（与带符号的char数据类型不同）。

3. 作用

unsigned数值类型主要用于需要处理正数的情况。它们也是在不涉及负数时，限制数据范围并充分利用数据空间的一种方式。例如，如果我们需要存储一个仅涉及到正整数的计数器，使用 unsigned int 数据类型是比带符号的 int 数据类型更合适的。

unsigned数值类型还用于处理位字段（bit fields）序列。 具体来说，由于无符号数与使用位字段的计算有关，因此使用无符号数可以更有效地计算位字段。

4. 语义

由于 unsigned 类型没有符号位，所以当一对带符号的和无法用该类型表示时，它们会在 unsigned 类型中“转过来”并为其提供一个正数结果。这称为模数算术（modular arithmetic），mod 2^n 算法是一个常见的例子。

最后，我们还需了解一些unsigned数值类型的使用案例。比如，无符号数值类型可以用于存储数量或数据的长度，例如存储字符串长度的unsigned int的变量可能用于循环、分配内存或其他操作。

在C++语言中，为了确保长期的兼容性，建议使用 std::uint32_t 或类似的类型名来代替 unsigned int、unsigned long 和 unsigned long long。

总之，unsigned是一个经久不衰的编程术语，用于表示正数和非负数的数据类型，它在二进制数值位利用空间方面具有很多优点。它在开发中可能难以处理符号数值，但对于非负整数和一些特殊的数值类型，它是一个强大的工具。通过今天的研究，我们能更好地理解代码中这个重要的数据类型，也能在编写计算机程序时更加得心应手。