徹底解析C語言的unsigned！使用方法、注意事項與常見誤解完整指南

1 前言
2 unsigned 是什麼？基本的理解
- 2.1 unsigned 是什麼？
- 2.2 unsigned 的基本宣告方式
3 unsigned 的資料型與表示範圍
- 3.1 unsigned 的種類與範圍
- 3.2 unsigned 的使用範例
4 unsigned 的基本用法
- 4.1 unsigned 的宣告與賦值
5 使用 unsigned 時的注意事項
- 5.1 signed 與 unsigned 混用導致的錯誤
6 使用 unsigned 的情況與應避免的情況
- 6.1 應使用 unsigned 的情況
- 6.2 應避免使用 unsigned 的情況
7 常見的誤解與其對策（FAQ）
- 7.1 使用 unsigned 會讓計算變快嗎？
8 總結
- 8.1 本文要點

前言

在 C 語言中，處理整數型資料時有「有符號（signed）」與「無符號（unsigned）」兩種。特別是 unsigned 型，被視為不會有負值的整數型，在特定用途上非常有用。然而，如果在未了解其特性的情況下使用，可能會引發意想不到的錯誤。本文將詳細說明 C 語言中 unsigned 的使用方式與注意事項。透過具體的程式碼範例，了解 unsigned 的優點與風險，並能適當地加以運用。

unsigned 是什麼？基本的理解

unsigned 是什麼？

C語言中，對整數型別（int 或 char 等）指定 unsigned，即可將其作為無符號（不含負值）整數型別來使用。例如，普通的 int 型別（有符號）可以處理以下範圍的值。

int 型（32 位元環境下）
-2,147,483,648 〜 2,147,483,647

另一方面，unsigned int 型因不含負數，而能處理更廣範圍的正值。

unsigned int 型（32 位元環境下）
0 〜 4,294,967,295

也就是，使用 unsigned 後，能夠儲存更大的值。

unsigned 的基本宣告方式

使用 unsigned 時，請在資料型別前加上 unsigned 進行宣告，如下所示。

#include <stdio.h>

int main() {
    unsigned int num = 3000000000;
    printf("%un", num);  // 3000000000
    return 0;
}

這樣一來，使用 unsigned 就能處理比普通 int 更大的值。

unsigned 的資料型與表示範圍

unsigned 的種類與範圍

C語言中，unsigned 可套用於多種資料型別。每種型別的大小與範圍如下表所示。

資料型別	大小（位元組）	範圍
`unsigned char`	1	0 ～ 255
`unsigned short`	2	0 ～ 65,535
`unsigned int`	4	0 ～ 4,294,967,295
`unsigned long`	4 或 8	視環境而定
`unsigned long long`	8	0 ～ 18,446,744,073,709,551,615

※ 大小會因環境而異，因此最好始終使用 sizeof() 來確認。

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Size of unsigned int: %zu bytesn", sizeof(unsigned int));
    return 0;
}

unsigned 的使用範例

實際上，利用 unsigned 來確認數值的最大值吧。

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main() {
    printf("Max unsigned int: %un", UINT_MAX);
    return 0;
}

執行此程式碼後，會輸出依環境而定的 unsigned int 最大值。

unsigned 的基本用法

unsigned 的宣告與賦值

unsigned 使用時，請按以下方式宣告變數。

#include <stdio.h>

int main() {
    unsigned int num1 = 100;
    unsigned int num2 = 200;

    printf("num1: %un", num1);
    printf("num2: %un", num2);

    return 0;
}

在此程式中，unsigned int 型的變數 num1 與 num2，分別賦予 100 與 200 的值。

使用 unsigned 時的注意事項

signed 與 unsigned 混用導致的錯誤

比較有符號整數 (int) 與 unsigned int 時，可能會產生意外的結果。

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = -5;  // 有符號
    unsigned int b = 10;  // 無符號

    if (a < b) {
        printf("a 小於 b\n");
    } else {
        printf("a 大於 b\n");
    }

    return 0;
}

在此程式碼中，a 為 -5，本應小於 b=10，但 a 會被轉換成 unsigned int，導致意外的比較結果。

使用 unsigned 的情況與應避免的情況

應使用 unsigned 的情況

✔ 不需要考慮負值的情況（例：二進位資料處理） ✔ 想要最佳化記憶體效率的情況（例：嵌入式系統） ✔ 大量使用位元運算的情況（例：旗標管理）

應避免使用 unsigned 的情況

✘ 與有號變數混用的情況（會發生非預期的型別轉換） ✘ 可能會處理負值的情況（會產生非預期的錯誤） ✘ 作為迴圈變數使用的情況（有溢位風險）

常見的誤解與其對策（FAQ）

使用 unsigned 會讓計算變快嗎？

誤解「使用 unsigned，會比 signed 的運算更快」的想法有時會出現。正解在現代的 CPU 中，unsigned 與 signed 的運算速度幾乎沒有差異。對策 ✔ unsigned 是否使用，應該根據 資料的意義而非計算速度 來判斷。

總結

到此為止，我們介紹了有關 unsigned 的 常見誤解與其對策。

本文要點

unsigned 並不會提升計算速度。
與 signed 之間的轉換需特別留意（尤其是溢位時的行為）。
在迴圈變數使用 unsigned 時，可能會產生無限迴圈的錯誤。
unsigned char 適合用於二進位資料的處理。
將負值賦予 unsigned 時，會產生非預期的行為。

只要了解這些，就能在 C 語言中適當地運用 unsigned。

前言