也谈c语言int类型最小值

c语言中int是带符号的32位数,最高位为符号位,其余31位为数值位,最大的int值很好算,那就是符号位为0,其余31位全为1,那么这个值就等于231-1,这个没有异议。
那么int类型的最小值就比较绕了,因为这个值是一个负数,而负数在计算机里是用补码来表示的,也就是用负数的绝对值,按位取反,再加1得到补码。

之前在网上找过很多文章,大都语焉不详,自己验证了详细的过程以后把心得写下来。

补码完整步骤:

  1. 确定负数的绝对值,也就是一个正数
  2. 对这个正数写成二进制形式,并按位取反
  3. 加1得到补码

用-1来举例说明这个过程:

  1. 确定-1的绝对值,是1
  2. 写成二进制形式,是000000000000.....1,取反后得到1111111111111......0
  3. 加1得到111111111111111......1

因此-1的补码形式是32位全为1的数,也就是0xFFFFFFFF

确定int类型的最小值的过程是上面过程的逆过程,我们要把上面步骤反过来,先确定这个最小值的补码,然后再确定对应的十进制是多少。

注意负数的补码可以直接参与运算

还以上面-1的例子继续举例,我们先运算-1-1=-2,然后看看倒推回去看看绝对值是不是2

  1. 对-1的补码-1,得到111111111111111......0,这就是-2的补码
  2. 对这个补码-1,得到111111111111111.....01
  3. 按位取反,得到0000000000000000......10,这正是-2的绝对值2

有了这些基础,现在我们就可以来确定int的最小值了。我们先确定它的补码形式,既然是最小的int,也就是不能再-1了,再-1之后就会发生向更高的数值位借位的情况,因此可以唯一确定补码为1000000000000......0
最高为1,表示负数,后面31个数值位全为0,此时再-1就会发生向符号位更高位借位的情况,因此这就是最小值了。
现在来倒推去掉补码之后的绝对值是多少:

  1. 对补码-1,得到0111111111111111......1
  2. 按位取反,得到10000000000000......0

得到的二进制位与补码一样,这是一个巧合。
现在这个100000000000......0表示这个最小int的绝对值,也就是一个正数,因此最高为1不能再表示符号位了,那么绝对值是231,因此最小值是-231
由此得到32位有符号数的取值范围为-231到231-1

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