c - 带符号的长整数随着它的增长变成负数？

Question

我正在做一些数学运算，然后像这样打印一个带符号的长整数:

file1.c

#include <stdio.h>

int main (int argc, char *argv[])
{
    long my_signed_integer = 9999L * 9999L * 9999L * 9999L;
    printf("This is my signed integer %ld.\n", my_signed_integer); 

    return 0;
}

生成文件

CFLAGS=-Wall -g

all: file1

clean:
    rm -f file1

我试图看看在我的编译器不向我抛出错误的情况下我能走多远，每次乘法都加一个 9999L，然后运行:

make
./file1.c

看看会发生什么。

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4 次

当使用 9999L 4 次时(如上例)，我得到:

这是我的有符号整数 9996000599960001。

没有任何警告。

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5 次

使用 9999L 5 次，我收到 1 个警告:

warning: overflow in expression; result is 7716289630452291919 with type 'long'
      [-Winteger-overflow]

但是文件还是编译通过了，最终的结果是:

这是我的有符号整数 7716289630452291919。

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6 次

使用 9999L 6 次，我收到 2 条警告 - 一条是负数:

warning: overflow in expression; result is 7716289630452291919 with type 'long'
      [-Winteger-overflow]
        long my_signed_integer = 9999L * 9999L * 9999L * 9999L * 9999L * 9999L;
                                                               ^
warning: overflow in expression; result is -7550445434587511647 with type 'long'
      [-Winteger-overflow]
        long my_signed_integer = 9999L * 9999L * 9999L * 9999L * 9999L * 9999L;

唉，文件仍然编译，结果是:

这是我的有符号整数 -7550445434587511647。

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随着我添加越来越多的整数，这种模式继续存在 - 我每次都会收到另一个警告。

首先，有人可以解释为什么编译器不会崩溃并拒绝编译文件吗？显然存在溢出 - 为什么可以容忍这种情况，而其他情况 - 例如乘以非常大的数字 - 会使它崩溃？

还有，为什么最后的结果是负整数？

Answer 1

有符号整数类型的溢出是 undefined behavior按照 C 标准。所以编译器可以自由地生成它想要的任何行为。这也意味着是否生成警告是自由的。

在实践中，在使用 2 的整数补码表示的托管实现中，溢出将表现得好像参数是无符号的(因此减少模 2^(位长度))并且结果被解释为有符号。

在您的特定情况下，long 似乎是 64 位类型。因此，将 9999L 本身乘以 4 次适合该类型，但再多一点就会溢出。您获得的值是解释为 signed long 的结果的最低 64 位。

5次的情况下，恰好高位没有置位，所以结果显示为正。在6次的情况下，设置了高位，所以显示为负数。