数据溢出

C语言中的基本数据类型占据不同的内存空间，都有一定的取值范围，如果在定义变量时，将一个超出取值范围的值赋给了变量，就会发生数据溢出。例如，字符类型变量占据的内存大小为1个字节（8bit），取值范围为-128~127，如果为字符类型变量所赋的值超出这个范围，编译器就不能正确解读这个数据，示例代码如下所示：

char ch1 = -129;     //超出下限范围，ch1的结果为127
char ch2 = -128;     //ch2结果为-128
char ch3 = 0;       //ch3结果为0
char ch4 = 127;      //ch4结果127
char ch5 = 128;      //超出上限范围，ch5结果为-128

在上述代码中，ch1与ch5在赋值时都超出了字符类型的取值范围，发生数据溢出，因此不能正确的显示结果。在赋值时，数据如果小于取值范围的最小值称为数据下溢，数据如果大于取值范围的最大值称为数据上溢。

如果读者继续在字符范围之外逐渐递增（递减）取值，则会发现一个有趣的现象，字符数据类型的取值以255（127-（-128）=255）为周期循环回绕读取数据。例如，上述代码中，为ch5赋值128，则真实读取的数据为-128，如果为ch5赋值129，则真实读取的数据为-127；如果为ch5赋值为130，则真实读取的数据为-126…，这样当为ch5赋值为383时，真实读取的数据为127，为ch5赋值为384时，真实读取数据又变回-128。该过程的示例代码如下：

ch5 = 128;    //真实读取数据为-128
ch5 = 129;    //真实读取数据为-127
ch5 = 130;    //真实读取数据为-126
…
ch5 = 383;   //真实读取数据为127
ch5 = 384;   //真实读取数据为-128

为ch5赋值128时，其值为-128，为ch5赋值383时，其值为127。383-128=255，这正好是字符类型取值范围的周期。如果继续递增赋值，则ch5的取值又回绕进入一个新的循环，该溢出过程类似时钟的循环，如图1所示。

图1 字符数据类型数据溢出的循环回绕现象

同理，整型类型的数据也会发生溢出，而且在C语言编程中，整数数据溢出最为常见。整型类型可以分为有符号整型和无符号整型，无论是哪种整型类型，当赋值超出取值范围时都会发生回绕现象。例如，对于unsigned int类型，其取值范围0~4294967295 (0 ~ 232-1)，当为unsigned int类型的变量赋值时，如果所赋值超出这个范围也会发生回绕，示例代码如下：

unsigned int num1 = -1;                //数据下溢，真实读取数据为4294967295
unsigned int num2 = 0;                 //真实读取数据为0
unsigned int num3 = 4294967295;      //真实读取数据为4294967295
unsigned int num4 = 4294967296;      //数据上溢，真实读取数据为0

需要注意的是，unsigned int类型变量在输出时以u%格式输出，输出格式将在2.4.1节讲解。

在实际编程中，想要记住不同数据类型的取值范围是很难的，为了减少编程中的数据溢出错误，C语言针对不同的整型类型都定义了一个宏，用于表示该数据类型的极值，具体如表1所示。

表1 不同整型数据类型极值宏定义

表1中的极值宏定义包含在limits.h标准库中，使用这些宏定义需要包含该标准库。