从Go的1-2不等于-1聊起

ivansli2021-01-172024-07-08

1. 一道小学数学题引发的问题

首先从标题来看，你可能会认为有点瞧不起人，1-2等于几还用说？这分明就是小学的数学题嘛，最起码出一道初中数学题来讨论才对！

如果你也是这样想的，那么我只能说 talk is cheap，it is time show the code。

请看题：

package main

import"fmt"

const a = 1

func main() {
	var b uint32 = 2
	c := a - b

	fmt.Println(c)
}

请问C的值是什么：
A. -1
B. 4294967295
C. 不知道

结论是：
如果选择A，那么本文可能会让你重新审视自己。
如果选择B，那么本文可能就不用再看了。
如果选择C，那么还等什么，接着向下看。

答案是：B

2. 抛出3个问题

针对上面代码的执行结果，抛出3个关键性问题：

常量a与变量c的数据类型是什么？
数值运算时类型是怎么转换的？
数值底层是怎么处理的？

2.1 常量a与变量c的数据类型

package main

import"fmt"

const a =1

func main() {
	fmt.Printf("const a type is: %T\n", a)
	
	var b uint32 = 2
	c := a - b
	
	fmt.Printf("var c type is: %T\n", c)
}

执行结果：

1 2	const a type is: int var c type is: uint32

在go中，定义常量、变量时可以不用写类型，其实际数据类型由编译器根据其上下文来进行推导。

常量a的类型为int，是因为在定义常量a时，其右值为整形数值，所以被推导为默认数值类型int。

变量c是一个二元运算的结果，其数据类型是uint32，则需要遵循一些规则。

2.2 数值运算时类型转换规则

如果两个操作数都为类型确定值，则运算结果也是一个和这两个操作数相同的类型确定值。
如果只有一个操作数是类型确定值，则此运算的结果是一个和此类型确定操作数类型相同的类型。另一个类型不确定操作数的类型将被推导为（或隐式转换为）此类型确定操作数的类型。
如果两个操作数均为类型不确定值，则此运算的结果也是一个类型不确定的值。在运算中，两个操作数的类型将被假设为它们的默认类型中的一个（按照以下优先级：complex128 > float64 > rune > int）。结果的默认类型同样为此假设类型。比如：如果一个类型不确定操作数的默认类型为int，另一个类型不确定的操作数的默认类型为rune，则前者的类型在运算中也被视为rune，运算结果为一个类型为rune的类型值。

c:=a-b中由于变量b的类型是确定的（为uint32），根据规则2，则运算结果c的类型也为uint32。运算中常量a的类型虽然默认为int，也会被隐式转换为uint32（go是强类型语言，运算的数据类型必须一致）。

2.3 数值底层处理方式

在计算机系统中，数值一律使用补码表示（存储）。

主要原因：使用补码，可以将符号位和其它位统一处理。同时，减法也可按加法来处理。另外，两个用补码表示的数相加时，如果最高位（符号位）有进位，则进位被舍弃。

1	原码->补码遵循以下规则：

正数的补码：与原码相同。

例如，+9 的原码是00001001，补码也是00001001。

负数的补码：符号位为1，其余位为该数绝对值的原码按位取反，然后加1。

例如，-7的补码：因为是负数，则符号位为1，整个为10000111。除符号位，其余7位为-7的绝对值+7的原码0000111，按位取反为1111000，再加1，所以-7的补码是11111001。

1	补码->原码遵循以下规则：

如果补码的符号位为0，表示是一个正数，所以补码就是该数的原码。
如果补码的符号位为1，表示是一个负数。求原码的操作是：符号位为1，其余各位取反，然后加1。

例如，已知一个补码为11111001，则原码是10000111（-7）。因为符号位为1，表示是一个负数，所以符号位不变为1。其余7位1111001取反后为0000110，再加1，所以是10000111。

3. 1-2为什么不等于-1

通过上面的若干规则知道，a-b(1-2) != -1的原因主要有2点：

由于c:=a-b中只有变量b的类型是确定的uint32，所以能确定运算结果c的类型也必定是uint32。另一个不确定类型的操作数a的类型会被推导或者转换为uint32。常量a由于没有写明类型，虽然其默认类型为int，但是由于其参与的运算中变量b是类型确定的uint32，所以会被转换为uint32参与运算。
a-b 可以视为 a+(-b)，a的补码表示为00000000000000000000000000000001，-b的补码表示为11111111111111111111111111111110。a+(-b)的运算结果c的补码表示为11111111111111111111111111111111。由于结果类型为uint32（无符号型），则c的补码的符号位1并不表示负数。所以，转换为10进制之后，得出c的结果为4294967295。