为什么51单片机编程喜欢用unsigned(无符号)类型定义变量呢直接用 int.char..不好吗？
在51单片机编程的江湖中，你确实会发现“unsigned”这个词像老江湖一样频繁出现，尤其是在定义变量的时候。为什么大家偏爱用 `unsigned char`、`unsigned int`，而不是直接用 `int`、`char` 呢？这背后可不是什么时髦的偏好，而是实实在在的技术考量，就像给工具配上合适的零件，才能让机器运转得更顺畅。
咱们这就掰开了、揉碎了，好好聊聊这背后的原因。
首先，得认识一下“符号位”这个家伙
你要是接触过C语言，肯定知道 `int` 和 `char` 这类类型，它们默认是带符号的（signed）。什么叫带符号呢？简单来说，就是它们用最高位来表示数字的正负。比如，在8位的 `char` 类型里，最高位是0，通常表示正数；最高位是1，通常表示负数。
举个例子：
如果一个 `char` 的二进制是 `01010101`，那它就是正数。
如果一个 `char` 的二进制是 `11010101`，那它就是负数。
这听起来挺公平的，能表示正负数，很全面。但在单片机这种资源极其有限的环境下，有时候这种“全面”反而成了累赘。
unsigned的“纯粹”与“高效”
那 `unsigned` 又是怎么回事呢？它的名字就说明了一切——“无符号”。这意味着，它不关心最高位是0还是1，它把所有的位都用来表示数值的大小。
同样的8位例子：
一个 `unsigned char` 的二进制 `01010101`，它表示的还是那个正数。
但是，一个 `unsigned char` 的二进制 `11010101`，它就不再是负数了，而是表示一个更大的正数。
你看，同样是8位，带符号的 `char` 只能表示 128 到 127 的范围。而无符号的 `unsigned char` 却能表示 0 到 255 的范围。范围翻倍了！
为什么单片机偏爱这“纯粹”？
在51单片机这个“老古董”身上编程，可不像你在PC上玩一样，内存和处理器性能都是“抠着花”。所以，每一个细节都要精打细算。
1. 地址空间和寄存器是有限的：
51单片机通常只有几百字节到几千字节的RAM（内存），几KB的Flash（程序存储器）。每一个字节都弥足珍贵。
寄存器更是关键，它们是CPU直接操作的硬件单元，数量也非常有限。CPU内部的寄存器，比如累加器A、B寄存器，以及数据指针DPTR等，它们的数据宽度（比如8位、16位）是固定的。当你用 `unsigned char` 定义一个变量时，它往往会直接映射到一个8位的寄存器或者内存单元，CPU可以直接进行操作，效率很高。
如果用带符号的 `int`，虽然C语言语法上它表现为16位，但在硬件层面，它可能就需要占用两个8位的寄存器或者内存单元，CPU在进行算术运算时，需要额外的步骤来处理符号位，这无形中增加了CPU的负担和指令的条数。
2. 运算的确定性：
在许多底层硬件操作中，我们更关心的是数据的“值”本身，而不是它的“符号”。比如，你控制一个LED亮灭的电平，你只关心是高电平还是低电平，也就是0或1，你不会关心它是“+0”还是“0”。
当你对 `unsigned` 类型进行运算时，结果是确定的。比如，你用 `unsigned char` 做加法，即使结果超出了255，它会自动“溢出”回0开始重新计数，这在很多计数、循环的场景下反而非常方便，也更容易预测。
而对于带符号类型，溢出处理会复杂一些，可能导致意想不到的结果（比如一个大正数加1变成了一个负数），这在底层的直接硬件控制中容易出错。
3. 位操作的直观性：
在单片机编程中，位操作（比如移位、与、或、非）是家常便饭。你可能需要直接操作某个寄存器的某一位来控制外设。
`unsigned` 类型的所有位都用来表示数值，这使得位操作更加直观。比如，你想把一个变量左移一位，`unsigned char a = 0x80; a <<= 1;` 结果是 `0x00` (因为最高位的1被移出去了)。这和直接操作硬件寄存器的位移行为是一致的。
如果用 `int`，由于它涉及符号位，左移时符号位的处理可能会有所不同，在某些情况下需要额外注意。
4. 内存占用和访问速度：
虽然现代编译器很聪明，但直接使用 `unsigned char` 定义一个8位变量，意味着它只需要占用一个字节的内存。而一个 `int`（在很多平台上是16位，在51里通常也是16位）就需要两个字节。在内存紧张的情况下，这可能是需要考虑的。
而且，CPU访问内存的粒度通常是字节或者字（16位）。直接使用 `unsigned char`，CPU可以更高效地完成读取和写入操作。
什么时候会考虑用 `signed` 类型呢？
当然，也不是所有时候都必须用 `unsigned`。如果你确实需要表示负数，或者进行一些需要区分正负的数学计算，那么 `signed int` 或 `signed char` 才是你的首选。
例如：
你需要记录传感器测量到的温度，它可能低于零度。
你需要进行一些复杂的数学运算，需要符号的参与。
总结一下
总而言之，51单片机编程喜欢用 `unsigned` 类型定义变量，主要是因为：
充分利用了每一位存储空间： 将所有位都用于表示数值，扩大了表示范围。
与硬件的契合度更高： 许多底层操作，如端口控制、计数器、定时器等，对数值的“大小”更敏感，`unsigned` 的行为更符合这些硬件的逻辑。
运算的确定性和效率： 避免了符号位的干扰，使得算术运算和位操作的结果更符合预期，也更高效。
节省宝贵的内存资源： 在资源极度有限的环境下，使用更小的无符号类型可以更有效地利用内存。
这就像是你在用一把精密的瑞士军刀，每一个小工具都有它的最佳用途。在51单片机这个世界里，`unsigned` 类型就是许多场合下那个“最顺手”的工具，它让你的代码更贴近硬件，更高效，也更容易理解硬件的行为。所以，下次你在代码里看到 `unsigned char`，就明白这是老司机在精打细算、追求极致效率的表现了！
咱们这就掰开了、揉碎了，好好聊聊这背后的原因。
首先，得认识一下“符号位”这个家伙
你要是接触过C语言，肯定知道 `int` 和 `char` 这类类型，它们默认是带符号的（signed）。什么叫带符号呢？简单来说，就是它们用最高位来表示数字的正负。比如，在8位的 `char` 类型里，最高位是0，通常表示正数；最高位是1，通常表示负数。
举个例子：
如果一个 `char` 的二进制是 `01010101`，那它就是正数。
如果一个 `char` 的二进制是 `11010101`，那它就是负数。
这听起来挺公平的，能表示正负数，很全面。但在单片机这种资源极其有限的环境下，有时候这种“全面”反而成了累赘。
unsigned的“纯粹”与“高效”
那 `unsigned` 又是怎么回事呢？它的名字就说明了一切——“无符号”。这意味着，它不关心最高位是0还是1，它把所有的位都用来表示数值的大小。
同样的8位例子：
一个 `unsigned char` 的二进制 `01010101`，它表示的还是那个正数。
但是，一个 `unsigned char` 的二进制 `11010101`，它就不再是负数了，而是表示一个更大的正数。
你看，同样是8位，带符号的 `char` 只能表示 128 到 127 的范围。而无符号的 `unsigned char` 却能表示 0 到 255 的范围。范围翻倍了！
为什么单片机偏爱这“纯粹”？
在51单片机这个“老古董”身上编程，可不像你在PC上玩一样，内存和处理器性能都是“抠着花”。所以，每一个细节都要精打细算。
1. 地址空间和寄存器是有限的：
51单片机通常只有几百字节到几千字节的RAM（内存），几KB的Flash（程序存储器）。每一个字节都弥足珍贵。
寄存器更是关键，它们是CPU直接操作的硬件单元，数量也非常有限。CPU内部的寄存器，比如累加器A、B寄存器，以及数据指针DPTR等，它们的数据宽度（比如8位、16位）是固定的。当你用 `unsigned char` 定义一个变量时，它往往会直接映射到一个8位的寄存器或者内存单元，CPU可以直接进行操作，效率很高。
如果用带符号的 `int`，虽然C语言语法上它表现为16位，但在硬件层面，它可能就需要占用两个8位的寄存器或者内存单元，CPU在进行算术运算时，需要额外的步骤来处理符号位，这无形中增加了CPU的负担和指令的条数。
2. 运算的确定性：
在许多底层硬件操作中，我们更关心的是数据的“值”本身，而不是它的“符号”。比如，你控制一个LED亮灭的电平，你只关心是高电平还是低电平，也就是0或1，你不会关心它是“+0”还是“0”。
当你对 `unsigned` 类型进行运算时，结果是确定的。比如，你用 `unsigned char` 做加法，即使结果超出了255，它会自动“溢出”回0开始重新计数，这在很多计数、循环的场景下反而非常方便，也更容易预测。
而对于带符号类型，溢出处理会复杂一些，可能导致意想不到的结果（比如一个大正数加1变成了一个负数），这在底层的直接硬件控制中容易出错。
3. 位操作的直观性：
在单片机编程中，位操作（比如移位、与、或、非）是家常便饭。你可能需要直接操作某个寄存器的某一位来控制外设。
`unsigned` 类型的所有位都用来表示数值，这使得位操作更加直观。比如，你想把一个变量左移一位，`unsigned char a = 0x80; a <<= 1;` 结果是 `0x00` (因为最高位的1被移出去了)。这和直接操作硬件寄存器的位移行为是一致的。
如果用 `int`，由于它涉及符号位，左移时符号位的处理可能会有所不同，在某些情况下需要额外注意。
4. 内存占用和访问速度：
虽然现代编译器很聪明，但直接使用 `unsigned char` 定义一个8位变量，意味着它只需要占用一个字节的内存。而一个 `int`（在很多平台上是16位，在51里通常也是16位）就需要两个字节。在内存紧张的情况下，这可能是需要考虑的。
而且，CPU访问内存的粒度通常是字节或者字（16位）。直接使用 `unsigned char`，CPU可以更高效地完成读取和写入操作。
什么时候会考虑用 `signed` 类型呢？
当然，也不是所有时候都必须用 `unsigned`。如果你确实需要表示负数，或者进行一些需要区分正负的数学计算，那么 `signed int` 或 `signed char` 才是你的首选。
例如：
你需要记录传感器测量到的温度，它可能低于零度。
你需要进行一些复杂的数学运算，需要符号的参与。
总结一下
总而言之，51单片机编程喜欢用 `unsigned` 类型定义变量，主要是因为：
充分利用了每一位存储空间： 将所有位都用于表示数值，扩大了表示范围。
与硬件的契合度更高： 许多底层操作，如端口控制、计数器、定时器等，对数值的“大小”更敏感，`unsigned` 的行为更符合这些硬件的逻辑。
运算的确定性和效率： 避免了符号位的干扰，使得算术运算和位操作的结果更符合预期，也更高效。
节省宝贵的内存资源： 在资源极度有限的环境下，使用更小的无符号类型可以更有效地利用内存。
这就像是你在用一把精密的瑞士军刀，每一个小工具都有它的最佳用途。在51单片机这个世界里，`unsigned` 类型就是许多场合下那个“最顺手”的工具，它让你的代码更贴近硬件，更高效，也更容易理解硬件的行为。所以，下次你在代码里看到 `unsigned char`，就明白这是老司机在精打细算、追求极致效率的表现了！
网友意见
之前已经在别的问题里回答过了，本质原因就是 @星星 答案所举的例子，如果用有符号，会额外需要一条指令来进行符号位的判断。
代码例子不再重复说明了，我就贴两个官方的链接：
The 8051 family of processors does not specifically support operations with signed numbers. The compiler must generate additional code to deal with sign extensions.
翻译：
8051系列处理器不（明确地）支持有符号数的操作。编译器必须要生成额外的指令来处理有符号扩展。
As part of the optimization process, the compiler attempts to maintain local variables in registers. Register access is the fastest type of memory access. The best effect is normally achieved with unsigned char and unsigned int variable types.
翻译：
作为优化的一部分，编译器会尝试使用寄存器保存局部变量。寄存器访问是最快的内存访问方式。最好的效果通常是使用无符号char或者无符号int类型。
以上是最权威的官方信息，其它的理由都比较勉强。
不管是“可以用更大数据范围”，还是“移位操作更友好”的理由，都无法解释：为什么要尽可能用unsigned？如果变量数值范围就不需要那么大呢？如果不需要循环移位呢？如果某个变量的高位在整个代码生存周期内确实一直是0呢？
所以，其它的“原因”，其实都是“结果”，硬件不支持，才是原因。
同样的，在x86的汇编里，会更频繁的使用ax/eax/rax寄存器，核心问题不是这个寄存器更快，也不是因为这个寄存器是第一个寄存器，仅仅是因为这个寄存器的指令比别的更短（所以看上去更快一些），所以主流的编译器都会倾向于优先使用这个寄存器。
@北极 的这个回答写的非常清晰，奇怪的是为什么还有那么多人扯什么最自然、能多用一位之类的，明明就是为了减少指令长度：
而且，可以动手做一下啊：
void main() { unsigned int i = 0; unsigned int j = 0; // 无符号代码 while(1) { j++; if (j > 100) { i++; } } } 把j改成有符号定义，再反汇编：
可以看到改成有符号以后，这个if语句多了一个指令（两个字节，XRL指令）用来判断符号位。这不是少用一个bit的问题，改成有符号，每个条件判断都要多两个字节。
这么多回答，为什么没有人动手写代码试试呢？反对回答。
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