有符号,无符号数在字节拼接过程中的区别和注意

  最近在学习使用WinSock进行Modbus/TCP的通信，和服务器通信读取寄存器内容时，有部分寄存器的内容是连续的。比如两个16位的寄存器合在一起的32位的数表示的才是一个有意义的量。而TCP传输过程数据都是一个一个字节按大端模式(多字节的数据高位先传输)传输的，这样需要进行将字符拼接。为此测试了下将4个单独字符拼接成一个32为的long类型变量。测试的时候发现字符是signed char还是unsigned char结果有很大的区别。

1）开始的时候采用的是左移结合相加的方式：

#include "stdafx.h"
#include <stdio.h>
int main(int argc,char*argv[])
{
    char a1,a2,a3,a4;
    long a;
    a1=(char)(0x36);
    a2=(char)(0x8a);
    a3=(char)(0x8c);
    a4=(char)(0x18);
    a=a1;
    printf("%x\n",a);
    a=(a<<8)+a2;
    printf("%x\n",a);
    a=(a<<8)+a3;
    printf("%x\n",a);
    a=(a<<8)+a4;
    printf("%x\n",a);

    unsigned char aa1,aa2,aa3,aa4;
    aa1=(char)(0x36);
    aa2=(char)(0x8a);
    aa3=(char)(0x8c);
    aa4=(char)(0x18);
    a=aa1;
    printf("%x\n",a);
    a=(a<<8)+aa2;
    printf("%x\n",a);
    a=(a<<8)+aa3;
    printf("%x\n",a);
    a=(a<<8)+aa4;
    printf("%x\n",a);


    return 0;

}

结果如下图：

  可以发现此char类型的变量合并的时候会出现问题(高字节的会减一)，36和8a两个字节拼接的时候变成了358a，而如果是uchar类型则不会有这个问题。

因此可以肯定是字符的类型造成的。进一步测试可以发现，当待合并的字节的新最高位为1时才会出现这种情况，而不为1则结果正确。比如将36和7a合并，结果就是367a。

其实问题的本质是在于这里做的是加法，相加的过程都是先做强制类型转换，将字符型转换为long类型，在进行运算。而有符号数的加法和无符号数的加法不一样。当类型是char时，最高为为1的数据相当于是负数，所以相加的过程，先符号位扩展，高位补1，转换为long类型，然后进行加法运算。而如果是uchar类型，高位补0，再进行加法运算。

举例说明：

char:0x10+0x80--->0x0f80

4096-128=3968=0x0f80

uchar:0x10+0x80--->0x1080

4096+128=4224=1080

其实这个问题主要是合并的方法选的不够恰当。比较合适的字节合并不应该是涉及算术运算，而采用逻辑或更恰当。

2)后来改用逻辑或运算

#include <stdio.h>
int main(int argc,char*argv[])
{
    char a1,a2,a3,a4;
    unsigned long a;
    a1=(char)(0x36);
    a2=(char)(0x8a);
    a3=(char)(0x8c);
    a4=(char)(0x18);
    a=a1;
    printf("%x\n",a);
    a=(a<<8)|a2;
    printf("%x\n",a);
    a=(a<<8)|a3;
    printf("%x\n",a);
    a=(a<<8)|a4;
    printf("%x\n",a);

    unsigned char aa1,aa2,aa3,aa4;
    aa1=(char)(0x36);
    aa2=(char)(0x8a);
    aa3=(char)(0x8c);
    aa4=(char)(0x18);
    a=aa1;
    printf("%x\n",a);
    a=(a<<8)|aa2;
    printf("%x\n",a);
    a=(a<<8)|aa3;
    printf("%x\n",a);
    a=(a<<8)|aa4;
    printf("%x\n",a);
    return 0;

}

结果如下图：

从结果可以看出，逻辑运算过程中也会有数据类型的强制转变，而有符号字符型扩展成unsigned long，高位全部扩展成1。导致原来的高位全部被1屏蔽了。

所以这里最好采用无符号数进行扩展运算。或者可以将扩展后数据强制与上0xff，将高位1屏蔽，这样才能得到想要的结果。
上网查了些关于这方面的资料，发现char和uchar还是区别很大的。一些链接：

char 与 unsigned char的本质区别

char ，signed char ,unsigned char

3)另外在输出十六进制的时候，也发现一个有趣的现象。

测试代码：

#include <stdio.h>
int main(int argc,char*argv[])
{
    char a1,a2,a3,a4;
    short int a;
    a1=(char)(0x80);
    a2=(char)(0x90);
    a3=(char)(0x70);
    a4=(char)(0x60);
    a=0x8000;
    printf("%x %x %x %x\n",a1,a2,a3,a4);
    printf("%x\n",a);
}

测试结果：

从结果可以看出，printf中，以%x形式输出的默认是int类型32位数据，而如果数据不足32位，则会进行强制类型转换，有符号的数如果是负数，最高位就会全部补1进行扩展，无符号数则不会。因此这里如果数据的最高位为1(有符号则是负数)，则结果前面就好有很多1。

　　因此在处理数据的时候，虽然数据处理本身可能并不需要考虑最高位时候代表的是符号位(比如网络数据流)，但是在调试分析用于显示，数据拼接时，如果不注意可能会造成一些非所愿的结果。