C-C下的长短数据类型赋值

Question

今天无意间碰到的问题，希望能得到解释：

#include "stdio.h"
void main()
{
        long long i;
        unsigned long d;
        long a;
        i=4294967295;
        d=i;
        a=i;
        printf("%d,%xn",i,d);
        printf("%xn",d);
        d=65535;
        printf("%dn",d);
}

Answer 1

你看一下，C和汇编的对照。

  long long i;
unsigned long d;
long a;
i=4294967295;
8048395: c7 45 e8 ff ff ff ff movl $0xffffffff,0xffffffe8(%ebp)
804839c: c7 45 ec 00 00 00 00 movl $0x0,0xffffffec(%ebp)
d=i;
80483a3: 8b 45 e8 mov 0xffffffe8(%ebp),%eax
80483a6: 89 45 f0 mov %eax,0xfffffff0(%ebp)
a=i;
80483a9: 8b 45 e8 mov 0xffffffe8(%ebp),%eax
80483ac: 89 45 f4 mov %eax,0xfffffff4(%ebp)
printf("%d,%xn",i,d);
80483af: 8b 45 f0 mov 0xfffffff0(%ebp),%eax
80483b2: 89 44 24 0c mov %eax,0xc(%esp)
80483b6: 8b 45 e8 mov 0xffffffe8(%ebp),%eax
80483b9: 8b 55 ec mov 0xffffffec(%ebp),%edx
80483bc: 89 44 24 04 mov %eax,0x4(%esp)
80483c0: 89 54 24 08 mov %edx,0x8(%esp)
80483c4: c7 04 24 e0 84 04 08 movl $0x80484e0,(%esp)
80483cb: e8 c8 fe ff ff call 8048298 <printf@plt>
printf("%xn",d);
80483d0: 8b 45 f0 mov 0xfffffff0(%ebp),%eax
80483d3: 89 44 24 04 mov %eax,0x4(%esp)
80483d7: c7 04 24 e7 84 04 08 movl $0x80484e7,(%esp)
80483de: e8 b5 fe ff ff call 8048298 <printf@plt>
d=65535;
80483e3: c7 45 f0 ff ff 00 00 movl $0xffff,0xfffffff0(%ebp)
printf("%dn",d);
80483ea: 8b 45 f0 mov 0xfffffff0(%ebp),%eax
80483ed: 89 44 24 04 mov %eax,0x4(%esp)
80483f1: c7 04 24 eb 84 04 08 movl $0x80484eb,(%esp)
80483f8: e8 9b fe ff ff call 8048298 <printf@plt>

具体的解析：
1. i是64位的，d是32位的，都以小端模式存储；
2. printf语句是从右开始解析的，所以首先将32位全f的d压到printf的函数栈里；
3. 然后将64位的i分两次压到函数栈中去；
4. 执行输出的时候，因为是%d，所以只解析了32位，后面的%x，又解析了32位；
所以，总的意思就是说，d的值确实是全f（这一点从你又一次的printf可以发现d被正确打印了），你第一次的printf是把64位的i分成了两半打印了出来，结果你认为一半是i一半是d，其实d的值根本没有被解析。
你把语句改成

 printf("%d,%d,%xn",i,d,d);

你就会发现是-1，0，ffffffff
但是这样显然不正确，所以，你既要正确输出i又要正确输出d，就应该改成

 printf("%lld, %xn",i,d);

Answer 2

首先，i是long long类型，占64位，赋值4294967295之后，i的地址空间的存储情况就是：
ff ff ff ff 00 00 00 00
d是unsigned long类型，占32位，取i的低32位赋值，则d的地址空间的存储情况就是：
ff ff ff ff
也就是d=4294967295
a是long类型，占32位，取i的低32位赋值，则a的地址空间的存储情况就是：
ff ff ff ff
也就是a=-1(因为a是有符号的，第一位是符号位，而按照补码存储的话，ffffffff就是-1)

明白了上述介绍之后，下面来讲述具体原因。
当执行语句printf("%d,%xn",i,d);的时候，我们通过反汇编，结果如下：

从上图中可以看出，这一行是这样执行：
1.把d的数据压栈,即图中的“mov eax,dword ptr[d]”和“push eax”这两句，压入d的值4294967295
2.再把i的数据压栈。由于i是long long类型，占64位，而寄存器只能存储32位，所以这里有两个压栈动作：
第一次把i的高32位压栈，即图中的“move ecx,dword ptr[ebp-8]”和“push ecx”这两句，压入i的高32位的数据，从i的地址空间存储情况中可以看出，高32位全是0，则压入的是数字0.
第二次把i的低32位压栈，即图中的“move edx,dword ptr[i]”和“push edx”这两句，压入i的低32位的数据，从i的地址空间存储情况中可以看出，低32位全是1，则压入的数字就是4294967295
3.再把输出格式字符串压栈，也就是printf的第一个参数，然后执行。
由于printf的输出格式中：
第一个需要显示的数字是%d格式的，而%d是显示整数类型，32位，所以系统只会从栈中弹出一个32位数据，也就是最后一个压栈的，就是i的低32位，即ffffffff，而%d输出的是有符号的整数，所以会显示-1。
然后系统继续往后读，第二个需要显示的数字是%x格式的，而%x是显示16进制的整数，32位，所以系统只会从栈中继续弹出一个32位的数据，也就是倒数第二次压栈的，就是i的高32位，即00000000，所以会显示0。

通过上面的分析，就可以知道为什么会显示0了。那么如何避免这种情况的发生呢？从上述分析可以看出，根本原因在于i的类型是long long类型，压栈的时候进行了2次压栈操作，而输出格式是%d，只进行了一次出栈操作。所以解决的办法就是改变i的输出格式。对于需要输出long long类型的数据，输出格式是%lld。
所以只需要把printf("%d,%xn",i,d);
改成printf("%lld,%xn",i,d);
让输出i的时候，进行两次出栈操作，就会保证结果的正确了。

Answer 3

这行代码有问题：

printf("%d,%xn",i,d);

改成：

printf("%lld, %xn",i,d);

输出就对了：

4294967295, ffffffff
ffffffff
65535

若要仔细分析其中缘由，还得从汇编代码说起。（以下分析基于VS2008，debug模式，win7 32位旗舰版）
先看看long long i的内存的布局

; 5 : long long i;
mov DWORD PTR _i$[ebp], -1
mov DWORD PTR _i$[ebp+4], 0

可以看到变量i是64位，用了8个bytes来存，其中低32位为0xFFFFFFFF,高32为全0（小端模式）。

继续看看printf的调用情况：

; 12 : printf("%d, %xn",i,d);

mov esi, esp
mov eax, DWORD PTR _d$[ebp]
push eax
mov ecx, DWORD PTR _i$[ebp+4]
push ecx
mov edx, DWORD PTR _i$[ebp]
push edx
push OFFSET ??_C@_07NCPMEAHF@?$CFd?0?5?$CFx?6?$AA@
call DWORD PTR __imp__printf

因为i是64位变量，但我们的机器是32位，所以变量i需要2次push操作。先push高32位，再push低32位。最后调用printf()函数，此时printf的函数栈情况如下：
++++++++++++++++++++++
+ 变量d +
++++++++++++++++++++++
+ i高32位:全0 +
++++++++++++++++++++++
+ i低32位:全1 +
++++++++++++++++++++++
+ 常量"%d, %xn"的地址 +
++++++++++++++++++++++

printf会根据常量"%d, %xn"的内容逐个解析，遇到%d时，其实打印的是i的低32位，为-1（虽然输出的值都是-1，但仅仅是个巧合），继续解析%x,此时打印的是i的高32位，所以这个d的值看起就是0了。
基于上面的分析，若将原来的代码改成：

printf("%d, %x, %xn",i,d,d);

输出如下：

-1, 0, ffffffff
ffffffff
65535

结果如我们所料，最后一个d的才是真正d的值。