摘要：无符号数是计算机中表示 非负整数 的一种二进制编码方式，不包含符号位，所有二进制位均用于表示数值大小。它的核心特点是 取值范围从 0 开始，且能表示的正数范围比同宽度的有符号数更大。
无符号数（Unsigned Number）详解
无符号数是计算机中表示 非负整数 的一种二进制编码方式，不包含符号位，所有二进制位均用于表示数值大小。它的核心特点是 取值范围从 0 开始，且能表示的正数范围比同宽度的有符号数更大。
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1. 无符号数的定义
- 无符号：没有正负号（所有位均为数值位）。
- 二进制表示：直接使用二进制位表示数值。
- 例如，8 位无符号数 "11111111" 表示 "255"，而非有符号数的 "-1"。
- 存储格式：
"Unsigned vs Signed" (https://i.imgur.com/JQv8T9z.png)
（对比有符号数的符号位占用）
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2. 无符号数的取值范围
| 位数（n） | 最小值 | 最大值 | 计算公式 |
|||||
| 8 位（byte） | 0 | 255 | (2^8 - 1) |
| 16 位（word） | 0 | 65,535 | (2^{16} - 1) |
| 32 位（dword）| 0 | 4,294,967,295 | (2^{32} - 1) |
| 64 位（qword）| 0 | 18,446,744,073,709,551,615 | (2^{64} - 1) |
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3. 无符号数的应用场景
(1) 计数与索引
- 数组下标：数组索引从 "0" 开始，天然适合无符号数。unsigned int index = 0; // 无符号数表示非负索引
- 循环计数器：for (unsigned int i = 0; i
(2) 位操作与掩码
- 位掩码（Bitmask）：无符号数直接对应二进制位，适合位运算。unsigned char flags = 0b10101010; // 无符号数表示位标志
(3) 内存地址与大小
- 指针地址：内存地址本质是无符号整数（如 "uintptr_t"）。void* ptr = malloc(100);
uintptr_t address = (uintptr_t)ptr; // 地址转为无符号数
- 数据长度：size_t length = sizeof(int); // size_t 是无符号类型
(4) 网络协议与文件格式
- 协议字段：IP 地址、端口号等均用无符号数表示。uint32_t ip_address = 0xC0A80101; // 192.168.1.1
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4. 无符号数的运算特性
(1) 溢出行为
- 无符号数溢出：结果自动取模 (2^n)（无未定义行为）。uint8_t a = 255;
a += 1; // a = 0（溢出后回绕）
(2) 与有符号数的区别
| 特性 | 无符号数 | 有符号数（补码） |
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| 符号位 | 无 | 最高位为符号位 |
| 最小值 | 0 | (-2^{n-1})（如 -128） |
| 最大值 | (2^n - 1)（如 255） | (2^{n-1} - 1)（如 127） |
| 溢出行为 | 模 (2^n)（安全） | 未定义行为（UB） |
| 比较指令 | "JA"/"JB"（无符号） | "JG"/"JL"（有符号） |
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5. 无符号数的编程注意事项
(1) 避免隐式类型转换
- 有符号与无符号混合运算：可能导致意外结果。int a = -1;
unsigned int b = 100;
if (a
// 实际为 false！因为 a 被隐式转为无符号数（0xFFFFFFFF > 100）
}
(2) 防止死循环
- 无符号数递减到 0 以下：会回绕到最大值。unsigned int i = 5;
while (i >= 0) {
i--; // 当 i=0 时，i-- 变为 4,294,967,295（无限循环！）
}
(3) 强制类型检查
- 使用 "static_cast"（C++）或显式声明：int x = -10;
unsigned y = static_cast(x); // 明确转换意图
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6. 常见问题
Q1：无符号数能否表示负数？
- 不能。无符号数永远是非负的，若强行赋值负数，会按模 (2^n) 转换：uint8_t a = -1; // a = 255（二进制 11111111）
Q2：何时使用无符号数？
- 需要非负值时（如计数器、索引、位操作）。
- 与硬件/协议交互时（如内存地址、网络数据包）。
Q3：无符号数如何判断溢出？
- 检查进位标志（CF）：mov eax, 0xFFFFFFFF
add eax, 1 ; CF=1（溢出）
jc overflow ; 跳转到溢出处理
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7. 总结
- 无符号数 是表示非负整数的二进制编码方式，范围从 0 到 (2^n - 1)。
- 核心用途：计数、位操作、内存地址、协议字段。
- 关键注意：避免隐式转换、溢出回绕和死循环。
- 与有符号数的区别：无符号数无符号位，溢出行为安全，但需谨慎处理比较运算。
无符号数是底层编程（如操作系统、嵌入式开发）的核心概念，正确使用能提升代码的 安全性和效率！
来源：卡杰教育
