Para hacer operaciones, C no necesita saber si el número es signed o unsigned porque las operaciones funcionan igual gracias al truco del complemento a 2.
Un ejemplo con 8 bits (para que quede manejable). En 8 bits caben 256 posibles combinaciones. Si se trata de unsigned
esas combinaciones dan para representar números desde el cero (00000000
) hasta el 255 (11111111
).
Si en cambio se trata de signed
las mismas combinaciones significan otra cosa. En ese caso si el primer bit es 0 los otros 7 se decodifican igual, con lo que tenemos para representar positivos desde cero (00000000
) hasta 127 (011111111
) pero si el primer bit es un 1 entonces es un negativo y para saber qué número es se hace su complemento a 2, de modo que el 10000000
representaría el -128 y el 11111111
sería el -1.
El complemento a 2 en realidad equivale a restarle 256 al número representado en binario considerado como unsigned
. Así, el 10000000
que sería 128 como unsigned
, al restarle 256 sale -128. Y el 11111111
que sería 255 como unsigned
, da como resultado -1 al restarle 256.
Y gracias a ese truco la aritmética funciona automáticamente sin necesidad de saber lo que significan los bits. Mira, por ejemplo, sumemos los números 11111110
y 00001100
. La suma se hace "normal", bit a bit, siguiendo las reglas:
- 0+0 = 0
- 0+1 = 1+0 = 1
- 1+1 = 0 "y me llevo 1" (pues 1+1 es 2, que en binario es 10)
- 1+1+1 = 1 "y me llevo 1" (pues 1+1+1 es 3 que en binario es 11)
Así pues la suma saldría:
la que me llevo --> 1 1 1 1 1 1
primer numero --> 1 1 1 1 1 1 1 0
segundo numero --> 0 0 0 0 1 1 0 0
------------------------------------------------------
resultado --> 1 0 0 0 0 1 0 1 0
Ahora bien, y esto es muy importante, el resultado puede tener 9 bits como ha ocurrido en este caso, pero ya que estamos trabajando con enteros de 8 bits, el noveno bit "no cabe", por lo que se desprecia (sería un "bit de carry" que no forma parte del resultado). Por tanto ha salido 00001010
Interpretemos el resultado. Si los números fueran unsigned
el primero sería el 254 y el segundo sería el 12. Al sumarlos habría salido 266, que no cabe, por lo que el resultado obtenido en realidad ha sido 10 y estaría mal (eso se detectaría en la CPU porque el bit de carry quedó a 1).
Si los números fueran signed
el primero sería el -2 y el segundo el 12, y al sumarlos debería salir 10 ¡que es lo que ha salido! En este caso el resultado estaría bien a pesar de que el bit de carry está a 1.
Por tanto la aritmética funciona correctamente y lo que cambia es la forma de detectar cuándo se ha producido desbordamiento. El compilador podría añadir instrucciones que comprueben el bit de carry cuando se trabaja con unsigned
, o el bit de overflow (otro bit que genera la ALU cuando los bits de signo son inconsistentes entre los operandos y el resultado) si se trabajara con signed
, para detectar cuándo se produce desbordamiento. En la práctica C no añade tales instrucciones, de modo que puedes tener desbordamientos sin que eso sea detectado. Es responsabilidad del programador operar con números cuyo resultado quepa en el formato utilizado. Así que en la práctica no hay diferencia a la hora de operar entre signed o unsigned (sí cambiarían las comparaciones entre enteros, ya que éstas se implementan mediante una resta seguida de una comprobación de desbordamiento, por tanto para hacer bien la comparación el compilador necesita conocer los tipos de las variables que está comparando).
A la hora de imprimirlos en cambio sí es necesario saber si el número es signed
o no, ya que si mandamos imprimir un dato que en binario es 111111110
, debe mostrar 254 o -2 según sea unsigned
o signed
. Pero en el caso del C tampoco es relevante conocer el tipo del dato para imprimirlo, ya que printf()
simplemente lo imprimirá como tú le pidas hacerlo, a través de una cadena de formato. Si pones printf("%d", dato)
lo imprimirá como signed
, mientras que si lo haces con printf("%u", dato)
lo imprimirá como unsigned
.