有符号（Signed）和无符号（Unsigned）是计算机编程中用来描述整数数据类型能否表示负数的两个概念。它们的主要区别在于能否表示负数以及数值的表示范围。

以下是它们的核心区别：

1. 能否表示负数

• 有符号（Signed）：可以表示正数、零和负数。
• 无符号（Unsigned）：只能表示零和正数，不能表示负数。

2. 数值范围

区别源于计算机使用二进制表示数字，以及最高位（最左边的位）的用途不同。

• 有符号数：最高位被称为符号位。

  • 符号位为 0：表示正数或零。
  • 符号位为 1：表示负数。
  • 由于用一位来表示符号，可用于表示数值大小的位就少了一位，因此其可表示的正数范围比同长度的无符号数小一半。
  • 常见范围（以8位为例）：
    • 8位有符号整数（signed char 或 int8_t）：范围是 -128 到 127。
    • 16位有符号整数（short 或 int16_t）：范围是 -32,768 到 32,767。
    • 32位有符号整数（int 或 int32_t）：范围是 -2,147,483,648 到 2,147,483,647。

• 无符号数：所有位都用来表示数值的大小。

  • 因此，它能表示的数值范围是纯正的，并且比同长度的有符号数能表示更大的正数。
  • 常见范围（以8位为例）：
    • 8位无符号整数（unsigned char 或 uint8_t）：范围是 0 到 255。
    • 16位无符号整数（unsigned short 或 uint16_t）：范围是 0 到 65,535。
    • 32位无符号整数（unsigned int 或 uint32_t）：范围是 0 到 4,294,967,295。

3. 在编程中的应用

• 使用有符号数：当你需要处理可能为负的数值时，例如温度、账户余额、坐标、数学计算中的变量等。
• 使用无符号数：
  • 当数值绝对不会为负时，例如数组索引、循环计数器、文件大小、内存地址、颜色分量（0-255）、位掩码操作等。
  • 当你需要更大的正数范围时。
  • 在进行底层操作（如嵌入式系统、网络协议）时，为了精确控制数据表示。

4. 混合运算的注意事项

当有符号数和无符号数进行混合运算时，C/C++等语言会进行类型提升。通常，有符号数会被隐式转换为无符号数，这可能导致意外的结果。

示例（C/C++）：

#include <iostream>
using namespace std;int main(){unsigned int a = 10;int b = -5;if(b < a){printf("b is less than a\n"); // 期望输出}else{printf("b is not less than a\n");}
}

在这个例子中，b (-5) 在比较时被转换为无符号整数。在32位系统上，-5转换为无符号数会变成一个非常大的正数（4,294,967,291），因此 b < a 的条件为假。

总结

选择使用哪种类型应基于数据的实际含义和范围需求。正确选择有助于避免溢出错误、逻辑错误，并提高代码的清晰度和效率。