C 語言類型轉換陷阱：有號/無號混合與整數提升實例解析

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前言

C 語言隱式類型轉換規則複雜，特別是有號/無號混合運算與整數提升，極易導致非直觀結果。本文取材自《深入理解計算機系統》，透過兩個經典案例深入剖析。

案例一：short 轉 unsigned 的兩階段過程

short sx = -12345;
unsigned uy = sx;
printf("uy = %u\n", uy); /* 輸出 4294954951 (0xFFFFCFC7) */

規則：轉換時先擴展位寬再改變符號性。即 `(unsigned)sx` 等價於 `(unsigned)(int)sx`，而非 `(unsigned)(unsigned short)sx`。
`-12345` (0xCFC7) → `int` 擴展為 0xFFFFCFC7 → `unsigned` 解讀為 4294954951。
若先轉 `unsigned short` 則為 53191 (0xCFC7)，結果不同。C 標準強制要求前者。

案例二：有號/無號比較陷阱

-1 < 0U  /* 結果為 0 (假) */

原因：`0U` 為 `unsigned int`，`-1` 隱式轉為 `unsigned int` (4294967295U)，比較變為 `4294967295U < 0U` → 假。

案例三：迴圈邊界隱藏錯誤

double sum_elements(double a[], unsigned length) {
    int i;
    double result = 0;
    for (i = 0; i <= length - 1; ++i)  /* length=0 時災難 */
        result += a[i];
    return result;
}

分析：`length` 為 `unsigned`，`length - 1` 亦為 `unsigned`。當 `length = 0`，`0 - 1` 下溢為 `UINT_MAX` (4294967295)。
`i` (signed) 與 `UINT_MAX` 比較，`i` 隱式轉 `unsigned`，條件 `i <= UINT_MAX` 恆真 → 迴圈無限執行 → 陣列越界崩潰。

修正：改用 `i < length` 或將 `length` 宣告為 `size_t` 並配合 `i < length`，避免減 1 操作。