c语言中 char* 和 unsigned char* 的区别浅析

背景

最近在项目中遇到了一个编译警告，是因为定义的变量为char[]，而在使用时作为函数的unsigned char*类型的参数调用。这个警告很容易避免，但是char*和unsigned char*到底有什么区别呢，本文作一个简单的探讨。

char 和 unsigned char 的区别

在C中，默认的基础数据类型均为signed，如定义变量为int，long等，都为有符号的。如果要定义无符号类型，必须显式地在变量类型前加unsigned。

char vs unsigned char
相同点：在内存中都是一个字节，8位（2^8=256），都能表示256个数字
不同点：char的最高位为符号位，因此char能表示的数据范围是-128~127，unsigned char没有符号位，因此能表示的数据范围是0~255

实际使用中，如普通的赋值，读写文件和网络字节流都没有区别，不管最高位是什么，最终的读取结果都一样，在屏幕上面的显示可能不一样。

但是要把一个char类型的变量赋值给int、long等数据类型或进行类似的强制类型转换时时，系统会进行类型扩展，这时区别就大了。对于char类型的变量，系统会认为最高位为符号位，然后对最高位进行扩展，即符号扩展。若最高位为1，则扩展到int时高位都以1填充。对于unsigned char类型的变量，系统会直接进行无符号扩展，即0扩展。扩展的高位都以0填充。所以在进行类似的操作时，如果char和unsigned char最高位都是0，则结果是一样的，若char最高位为1，则结果会大相径庭。

可以使用的下面的小程序验证一下：

#include <stdio.h>static void func(unsigned char uc){    char c;    int i, j;    unsigned int ui, uj;    c = uc;    i = (int)c;    j = (int)uc;    ui = (unsigned int)c;    uj =(unsigned int)uc;    printf("%%c: %c, %c\n", c, uc);    printf("%%x: %x, %x\n", c, uc);    printf("%%u: %u, %u\n", ui, uj);    printf("%%d: %d, %d\n", i, j);}int main(int argc, char *argv[]){    func(0x80);    func(0x7f);    return 0;}

运行结果如下：

%c: �, �%x: ffffff80, 80%u: 4294967168, 128%d: -128, 128---------------------------%c:, %x: 7f, 7f%u: 127, 127%d: 127, 127

对于char来说，0x80用二进制表示为1000 0000，当它作为char赋值给unsigned int或 int 时，系统认为最高位是符号位，会对最高位进行扩展。而0x7F用二进制表示为0111 1111，最高位为0，不会扩展。对于unsigned char来说，不管最高位是0，还是1，都不会做扩展。

char* 和 unsigned char*的区别

char* 和 unsigned char* 也具有类似的区别，如下面测试程序所示：

#include <stdio.h>int main(int argc, char *argv[]){    unsigned char k = 0;    int i = -1;    short a = -12345;    char *p;    unsigned char *q;    printf("sizeof(i) = %d\n",sizeof(i));    printf("sizeof(a) = %d\n",sizeof(a));    printf("-----------------------------\n");    printf("begin p(char):\n");    p = (char*)&a;    printf("a = %u | %d\n",a,a);    for(k=0;k<sizeof(a);k++)    {        printf("0x%x ",*(p++));    }    printf("\n");    p = (char*)&i;    printf("i = %u | %d\n",i,i);    for(k=0;k<sizeof(i);k++)    {        printf("0x%x ",*(p++));    }    printf("\n");    printf("-1 > 0u: %s\n",(-1>0u ? "true":"false"));    printf("-----------------------------\n");    printf("begin q(unsigned char):\n");    q = (unsigned char*)&a;    printf("a = %u | %d\n",a,a);    for(k=0;k<sizeof(a);k++)    {        printf("0x%x ",*(q++));    }    printf("\n");    q = (unsigned char*)&i;    printf("i = %u | %d\n",i,i);    for(k=0;k<sizeof(i);k++)    {        printf("0x%x ",*(q++));    }    printf("\n");    printf("-1 > 0u: %s\n",(-1>0u ? "true":"false"));    return 0;}

输出结果为：

sizeof(i) = 4sizeof(a) = 2-----------------------------begin p(char):a = 4294954951 | -123450xffffffc7 0xffffffcf i = 4294967295 | -10xffffffff 0xffffffff 0xffffffff 0xffffffff -1 > 0u: true-----------------------------begin q(unsigned char):a = 4294954951 | -123450xc7 0xcf i = 4294967295 | -10xff 0xff 0xff 0xff -1 > 0u: true

char*是有符号的，如果大于127即0x7F的数就是负数了，使用%x格式化输出，系统自动进行了符号扩展，就会产生变化。

所以在涉及到类型提升的上下文中，要注意使用char*和unsinged char*的区别。