C语言中为什么不能用char类型来存储getchar()的返回值

　　在看 <<The C Programming Language>> 第二版时，看到1.5.1节第18页有这样一段从输入拷贝到输出的代码：

#include <stdio.h>

/* copy input to output; 2nd version */
main()
{
    int c;
    c = getchar();
    while(c != EOF){
        putchar(c);
        c = getchar();
    }
}

　　直觉告诉我getchar返回值应该是char类型的，这个地方为什么不能用char类型来存储getchar()的返回值呢？

　　其实文中解释的很清楚，可当时没有看明白：

　　在键盘或者屏幕上的字符都是用char类型存储的，当然也可以用int类型来存储。这个地方使用int来存储字符有一个微妙但很重要的原因：为了把有效数据和输入的结束(EOF)区分开来。getchar()在没有更多输入数据时返回一个特殊值，这个值不会跟任何实际的字符混淆。这个值称为 EOF（end of file,文件结束）。我们必须把c变量声明成一个大到足够存储任何getchar()返回的值的类型。我们不能用char类型，因为c必须大到足够容纳任意可能的char还有EOF。因此我们使用int类型。

　　如果你看到这里就明白了，或者早就知道原因，那可以不用接着看了。下面是我理解这个原因的思路。

　　1. getchar的函数声明

　　虽然看着getchar()，直觉告诉我这应该返回char类型吧，但还是让我们看看C语言中 getchar() 的函数声明：　　

int getchar ( void );

　　嗯？返回值是int？（不靠谱的直觉啊）在Linux下输入命令：man getchar(),结果更加详细：

    NAME
       fgetc, fgets, getc, getchar, gets, ungetc - input of characters and strings
[...]
    DESCRIPTION
       fgetc()  reads  the  next character from stream and returns it as an unsigned char cast to an int, or EOF on
       end of file or error.

　　这样我们就明白了，getchar()从标准输入(stdin)流中读取一个字符，把它当作一个unsigned char,然后强制转化成int类型来做为返回值，如果遇到文件末尾或者错误，返回EOF。

　　2. EOF是什么

　　用google搜索时，首先看到了这样的一个帖子: EOF的定义和如何有效的使用它：

　　EOF不是：

　一个char类型（a char)
不是一个在文件末尾出现的值 (a value that exists at the end of a file)
不是一个可能在文件中间出现的值(a value that could exist in the middle of a file)

　　C99标准规定(见 7.19.1 Introduction)：　　

EOF
    which expands to an integer constant expression, with type int and a negative value, that
is returned by several functions to indicate end-of-file,that is, no more input from a
stream;

　　好，我们明白了 EOF 是一个宏，展开后为一个整型常量表达式(integer constant expression),是int类型(C语言中整数常量是int类型的)，而且值是负值。一些函数用它作为返回值，表示流中没有更多的输入。

　　让我们去定义它的头文件<stdio.h>中去看看：　　

#define EOF     (-1)

　　那么 EOF 在计算机中十六进制表示形式是 0xFFFFFFFF（有符号数在计算机中是一般用补码(two's-complement)表示）。通过getchar函数的定义，我们知道getchar() 从标准输入(stdin)流中读取一个unsigned char类型的字符0xXX，然后强制转化成int 类型 0x000000XX(对无符号数，进行零扩展)，此时这个值是大于等于零的。

　　所以，EOF（0xFFFFFFFF)不可能出现在文件中间(文本文件中），它与字符(character)是截然不同的值。

　　3.使用char类型存储getchar()这类函数的返回值　　

/* copy input to output; 2nd version */
main()
{
    char c;
    c = getchar();
    while(c != EOF){
        putchar(c);
        c = getchar();
    }
}

　　上述这段代码中，c = getchar(); 会将getchar（）的返回值int强制转化为char类型，就将32位的int截断为8位的char。之后的 c != EOF，又会将c强制转化为int类型，就将8位的char类型进行扩展,扩展为32位int类型。在扩展时，如果char类型为无符号数，进行零扩展，如果char类型为有符号数，进行符号扩展。下面的两个表分别展示了上面的这两个转换过程。为了制表方便，假设int是16位。　　

---------------------------------      ----------------------------------------------
|    int到char转化（截断）                |      |              char到int转化（扩展）      |
---------------------------------      ----------------------------------------------
| 十进制   |  int        |  char |      |  char |unsigned char=>int| signed char=>int|
|---------|-------------|-------|      |-------|------------------|-----------------|
|  2      |00 00 00 02  |  02   |      |  02   |  00 00 00 02     |00 00 00 02      |
|  1      |00 00 00 01  |  01   |      |  01   |  00 00 00 01     |00 00 00 01      |
|  0      |00 00 00 00  |  00   |      |  00   |  00 00 00 00     |00 00 00 00      |
| EOF(-1) |FF FF FF FF  |  FF   |      |  FF   |  00 00 00 FF     |FF FF FF FF      |
|  -2     |FF FF FF FE  |  FE   |      |  FE   |  00 00 00 FE     |FF FF FF FE      |
--------------------------------       ----------------------------------------------