无符号unsigned

这是一个非常好的问题。很多初学者（甚至有经验的程序员）容易陷入一个误区：“既然这个变量（比如年龄、身高、人数）不可能是负数，那我就应该用 unsigned。”

这个直觉通常是错的。Google 的 C++ 编码规范甚至明确建议：除非万不得已，尽量使用有符号类型（int）。

那么，到底什么时候必须或推荐使用 unsigned 呢？主要有以下三种场景：

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1. 进行位操作 (Bitwise Operations) —— 最核心场景

这是使用 unsigned 最正当、最无可争议的理由。 如果你要把一个变量当作“一串二进制位”（而不是一个数字）来处理，比如进行移位操作（>>, <<）、按位与/或/异或，请务必使用 unsigned。

• 原因： 有符号数（signed）的最高位是符号位。当你对有符号数进行右移操作时，不同的编译器处理方式不同（有的补0，有的补1），结果是未定义的或不可移植的。而无符号数的行为是确定的（总是补0）。
• IoT 场景： 你是物联网专业的，将来写嵌入式代码（比如控制寄存器、设置GPIO引脚状态）时，会大量使用 unsigned。

// 推荐：用于位掩码
unsigned int flags = 0xFF; 
flags = flags >> 1; // 结果明确，左边补0

// 不推荐：有符号数移位可能出问题
int bad_flags = -5;
bad_flags = bad_flags >> 1; // 结果依赖编译器，极其危险

2. 确实需要更大的正数范围

int（通常是32位）的最大值大约是 21亿。 unsigned int 的最大值大约是 42亿。

如果你的数据量明确会超过 21 亿，但不会超过 42 亿，那么使用 unsigned 是为了利用这多出来的一倍空间。

• 例子： 网络传输的字节数统计、系统运行的毫秒数（uptime）、哈希算法的结果。

3. 表示内存大小、数组索引 (标准库约定)

C语言的标准库中，表示“对象大小”或“数组长度”的类型是 size_t，它本质上就是一种 unsigned 类型。

• 原因： 内存地址、数组下标、文件大小物理上不可能是负的，而且内存空间可能非常大，需要利用无符号数的全部范围。
• 场景： 使用 sizeof、strlen、memcpy 时，参数和返回值都是无符号的。

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⚠️ 为什么不要随便用 unsigned？（避坑指南）

除了上述情况，做普通数学运算（加减乘除、循环计数）时，**默认首选 int**。

这是因为无符号数有两个巨大的陷阱：

陷阱一：死循环风险

看下面这个想倒序遍历数组的代码：

unsigned int i;
// 错误！当 i 为 0 时，i-- 变成了最大的正整数，导致 i >= 0 永远成立
for (i = 5; i >= 0; i--) { 
    printf("%d\n", i);
}

结果： 死循环。因为 unsigned 永远大于等于 0。

陷阱二：算术下溢 (Underflow)

如果你做减法：

unsigned int a = 3;
unsigned int b = 5;
unsigned int c = a - b; 

你期望 c 是 -2，但实际上 c 会变成一个巨大的正数（4294967294）。后续如果有逻辑判断 if (c < 0)，就会像你刚才的阶乘程序一样，直接失效。

陷阱三：混合运算的隐式转换 (你刚才遇到的)

C语言规定，当 int 和 unsigned int 进行运算或比较时，int 会被自动强转为 unsigned int。

int a = -1;
unsigned int b = 1;
if (a > b) {
    // 竟然会执行这里！因为 -1 变成了 42亿 > 1
    printf("-1 is bigger than 1??"); 
}

总结建议

作为物联网工程的学生，你可以遵循这个简单的决策树：

1. 是在操作寄存器、位掩码、二进制流吗？ -> 用 unsigned。
2. 是标准库要求的参数（如 malloc 的大小）吗？ -> 用 size_t (unsigned)。
3. 数值极其巨大，超过了 21 亿吗？ -> 用 unsigned 或 long long。
4. 其他所有情况（包括计数、年龄、分数、普通数学计算） -> **老老实实用 int**。哪怕变量不会是负数，用 int 也可以利用“溢出报错”或“变成负数”来帮你发现 Bug，而不是默默地变成一个巨大的随机数。