机器如何识别有符号数和无符号数?

机器如何识别有符号数和无符号数?

一、只有一个标准! 在汇编语言层面,声明变量的时候,没有 signed 和 unsignde 之分,汇编器统统,将你输入的整数字面量当作有符号数处理成补码存入到计算机中,只有这一个标准!汇编器不会区分有符号还是无符号然后用两个标准来处理,它统统当作有符号的!并且统统汇编成补码!也就是说,db -20 汇编后为：EC ,而 db 236 汇编后也为 EC .这里有一个小问题,思考深入的朋友会发现,db 是分配一个字节,那么一个字节能表示的有符号整数范围是：-128 ~ +127 ,那么 db 236 超过了这一范围,怎么可以?是的,+236 的补码的确超出了一个字节的表示范围,那么拿两个字节（当然更多的字节更好了）是可以装下的,应为：00 EC,也就是说 +236的补码应该是00 EC,一个字节装不下,但是,别忘了“截断”这个概念,就是说最后的结果被截断了,00 EC 是两个字节,被截断成 EC ,所以,这是个“美丽的错误”,为什么这么说?因为,当你把 236 当作无符号数时,它汇编后的结果正好也是 EC ,这下皆大欢喜了,虽然汇编器只用一个标准来处理,但是借用了“截断”这个美丽的错误后,得到的结果是符合两个标准的!也就是说,给你一个字节,你想输入有符号的数,比如 -20 那么汇编后的结果是正确的；如果你输入 236 那么你肯定当作无符号数来处理了（因为236不在一个字节能表示的有符号数的范围内啊）,得到的结果也是正确的.于是给大家一个错觉：汇编器有两套标准,会区分有符号和无符号,然后分别汇编.其实,你们被骗了.:-) 二、存在两套指令! 第一点说明汇编器只用一个方法把整数字面量汇编成真正的机器数.但并不是说计算机不区分有符号数和无符号数,相反,计算机对有符号和无符号数区分的十分清晰,因为计算机进行某些同样功能的处理时有两套指令作为后备,这就是分别为有符号和无符号数准备的.但是,这里要强调一点,一个数到底是有符号数还是无符号数,计算机并不知道,这是由你来决定的,当你认为你要处理的数是有符号的,那么你就用那一套处理有符号数的指令,当你认为你要处理的数是无符号的,那就用处理无符号数的那一套指令.加减法只有一套指令,因为这一套指令同时适用于有符号和无符号.下面这些指令：mul div movzx … 是处理无符号数的,而这些：imul idiv movsx … 是处理有符号的. 举例来说： 内存里有 一个字节x 为：0x EC ,一个字节 y 为：0x 02 .当把x,y当作有符号数来看时,x = -20 ,y = +2 .当作无符号数看时,x = 236 ,y = 2 .下面进行加运算,用 add 指令,得到的结果为：0x EE ,那么这个 0x EE 当作有符号数就是：-18 ,无符号数就是 238 .所以,add 一个指令可以适用有符号和无符号两种情况.（呵呵,其实为什么要补码啊,就是为了这个呗,:-)） 乘法运算就不行了,必须用两套指令,有符号的情况下用imul 得到的结果是：0x FF D8 就是 -40 .无符号的情况下用 mul ,得到：0x 01 D8 就是 472 .（参看文后附录2例程） 三、可爱又可怕的c语言. 为什么又扯到 c 了?因为大多数遇到有符号还是无符号问题的朋友,都是c里面的 signed 和 unsigned 声明引起的,那为什么开头是从汇编讲起呢?因为我们现在用的c编译器,无论gcc 也好,vc6 的cl 也好,都是将c语言代码编译成汇编语言代码,然后再用汇编器汇编成机器码的.搞清楚了汇编,就相当于从根本上明白了c,而且,用机器的思维去考虑问题,必须用汇编.（我一般遇到什么奇怪的c语言的问题都是把它编译成汇编来看.） C 是可爱的,因为c符合kiss 原则,对机器的抽象程度刚刚好,让我们即提高了思维层面（比汇编的机器层面人性化多了）,又不至于离机器太远 （像c# ,java之类就太远了）.当初K&R 版的c就是高级一点的汇编……:-) C又是可怕的,因为它把机器层面的所有的东西都反应了出来,像这个有没有符号的问题就是一例（java就不存在这个问题,因为它被设计成所有的整数都是有符号的）.为了说明c的可怕特举一例： #include #include int main() { int x = 2; char * str = "abcd"; int y = (x - strlen(str) ) / 2; printf("%d\n",y); } 结果应该是 -1 但是却得到：2147483647 .为什么?因为strlen的返回值,类型是size_t,也就是unsigned int ,与 int 混合计算时类型被自动转换了,结果自然出乎意料. 观察编译后的代码,除法指令为 div ,意味无符号除法. 解决办法就是强制转换,变成 int y = (int)(x - strlen(str) ) / 2; 强制向有符号方向转换（编译器默认正好相反）,这样一来,除法指令编译成 idiv 了.我们知道,就是同样状态的两个内存单位,用有符号处理指令 imul ,idiv 等得到的结果,与用 无符号处理指令mul,div等得到的结果,是截然不同的!所以牵扯到有符号无符号计算的问题,特别是存在讨厌的自动转换时,要倍加小心!（这里自动转换时,无论gcc还是cl都不提示!） 为了避免这些错误,建议,凡是在运算的时候,确保你的变量都是 signed 的.（完） 附录 1：《IA-32 Intel Architecture Software Developer’s Manual》第2卷PDF文档表述为“sign-extended imm8”,这个sign-extended 是符号扩展的意思. 说说符号扩展：当操作数进行长度扩展时,既要让操作数变长又不能改变原数值,所以就出现了符号扩展一说.比如 movsx ax, 0xEC ,执行扩展后,ax的值为：0xFFEC,长度变长了,结果没变,都是 -20 . 2：两套乘法指令结果例程 ;; 程序存储为 x.s ;;--start-------------------------------------------------------- extern printf global main section .data str1: db "%x",0x0d,0x0a,0 n: db 0x02 section .text main: xor eax,eax mov al, 0xec mul byte [n] ;有符号乘法指令为: imul push eax push str1 call printf add esp,byte 4 ret ;;--end--------------------------------------------------------------- 编译步骤： 1. nasm -felf x.s 2. gcc x.o ubuntu7.04 下用nasm和gcc编译通过.