Gopherエンジニア面接質問 fmt.Println(uint(1) - uint(2))の結果は?

背景

一つGo言語の面接質問を紹介します
以下の出力結果はなんですか？

package main

import (
    "fmt"
)

func main()  {
    a := uint(0)
    b := uint(1)
    fmt.Println(a - b)
}

面接質問だから、明らかに-1ではないですね
この質問の正確な答えは

uintの最大値が出力されます
PCは32bitの場合は、uint32の最大値になり、2**32-1 になります,
PCは64bitの場合は、uinit64の最大値になり、2**64-1になります

※　なお、以下の公式サイトによるとuint64の最大値は18446744073709551615になり、2**64-1まではいかないです。

uint64 is the set of all unsigned 64-bit integers. Range: 0 through 18446744073709551615.

解説

まずaとbを二進数に変換します。たとえPCは32bitです。

a := uint(1)

上に対してPCは32bitの場合は、aのバイナリデータは以下になります

00000000 00000000 00000000 00000001

計算機は引き算を足し算として計算されてあるため、bは-2として見直していきます。

b := -uint(2)

上に対してPCは32bitの場合は、bのバイナリデータは以下になります。一番左の1は負を表しています。

10000000 00000000 00000000 00000010

aは正数ですので、aの2の補数はaの二進数そのものです

0000000 00000000 00000000 00000001

bは負数ですので、bの2の補数は以下のように計算されます

10000000 00000000 00000000 00000010 <- b(-2)の二進数
↑先頭の1は負数を表しています。

11111111 11111111 11111111 11111101 <-　b(-2)の1の補数
↑先頭の1をそのまま、他の位置の二進数を逆転します

11111111 11111111 11111111 11111110 <-　b(-2)の2の補数
1の補数を1を足したら、2の補数になります

負数の足し算の場合は、計算機は2の補数で行うため、a+bは以下になります

0と-1の2の補数を足し算します
00000000 00000000 00000000 00000001 <- aの2の補数
11111111 11111111 11111111 11111110 <- bの2の補数

11111111 11111111 11111111 11111111 <- a+bの2の補数

そじて以下のデータをuintに渡して出力しようとしていました

11111111 11111111 11111111 11111111

以下の方は渡しの憶測です、間違うことになったら、指摘してください。
aとbはuint型です、そのためa-bの結果もuint型です。
uintは符号なしなので、補数から二進数に変換して、出力するではなく、そのまま2の補数を正数として出力しようとしました
そのためa+bの2の補数の足し算の結果をそのまま出力します。
結果は2**32 - 1です。

もしaとbはuintではなく、intの場合は、最後に以下のように２の補数の結果を2進数に変換してから出力することになります。そのため、aとbはintの場合、結果は-1になります。

11111111 11111111 11111111 11111111  <- a+bの2の補数
11111111 11111111 11111111 11111110  <-　a+bの1の補数
↑2の補数を1を引き算します

10000000 00000000 00000000 00000001  <-　a+bの二進数
↑先頭の1をそのままで、他の位置の二進数を逆転します

まとめ

引き算はPC側では負数の足し算として行っています
負数の足し算は2の補数として行っています
uintは符号なしですので、2の補数の結果はそのまま正数として出力します(要検討)