我用c++写了一个程序来寻找ab = C的所有解,其中a, b和C一起使用所有的数字0-9,只使用一次。程序循环遍历a和b的值,并每次对a、b和ab运行数字计数例程,以检查是否满足数字条件。

但是,当ab超出整数限制时,会产生伪解。我最终使用如下代码来检查这个:

unsigned long b, c, c_test;
...
c_test=c*b;         // Possible overflow
if (c_test/b != c) {/* There has been an overflow*/}
else c=c_test;      // No overflow

是否有更好的方法来测试溢出?我知道有些芯片有一个内部标志,在溢出发生时设置,但我从未见过通过C或c++访问它。


注意,有符号int溢出在C和c++中是未定义的行为,因此您必须在不实际引起它的情况下检测它。对于加法前的有符号整型溢出,请参见在C/ c++中检测有符号溢出。


当前回答

salter先生的回答是个好主意。

如果整数计算是必需的(为了精度),但浮点数是可用的,你可以这样做:

uint64_t foo(uint64_t a, uint64_t b) {
    double dc;

    dc = pow(a, b);

    if (dc < UINT_MAX) {
       return (powu64(a, b));
    }
    else {
      // Overflow
    }
}

其他回答

这里有一个非常快速的方法来检测溢出,至少是加法,这可能会为乘法、除法和乘方提供线索。

其思想是,正是因为处理器会让值归零,而C/ c++是从任何特定的处理器抽象出来的,你可以:

uint32_t x, y;
uint32_t value = x + y;
bool overflow = value < (x | y);

这既确保了如果一个操作数为零,另一个操作数为零,则不会错误地检测到溢出,而且比前面建议的许多NOT/XOR/ and /test操作要快得多。

正如所指出的,这种方法虽然比其他更精细的方法更好,但仍然是可优化的。以下是包含优化的原始代码的修订:

uint32_t x, y;
uint32_t value = x + y;
const bool overflow = value < x; // Alternatively "value < y" should also work

一种更有效、更廉价的检测乘法溢出的方法是:

uint32_t x, y;
const uint32_t a = (x >> 16U) * (y & 0xFFFFU);
const uint32_t b = (x & 0xFFFFU) * (y >> 16U);
const bool overflow = ((x >> 16U) * (y >> 16U)) +
    (a >> 16U) + (b >> 16U);
uint32_t value = overflow ? UINT32_MAX : x * y;

这将导致UINT32_MAX溢出,或乘法的结果。在这种情况下,允许对有符号整数进行乘法运算是严格未定义的行为。

值得注意的是,这使用部分Karatsuba方法乘法分解来计算64位乘法的高32位,以检查是否应该设置它们中的任何一个,以了解32位乘法是否溢出。

如果使用c++,你可以把这个转换成一个简洁的小lambda来计算溢出,这样检测器的内部工作就被隐藏了:

uint32_t x, y;
const bool overflow
{
    [](const uint32_t x, const uint32_t y) noexcept -> bool
    {
        const uint32_t a{(x >> 16U) * uint16_t(y)};
        const uint32_t b{uint16_t(x) * (y >> 16U)};
        return ((x >> 16U) * (y >> 16U)) + (a >> 16U) + (b >> 16U);
    }(x, y)
};
uint32_t value{overflow ? UINT32_MAX : x * y};

有一种方法可以确定一个操作是否可能溢出,使用操作数中最高位的位置和一些基本的二进制数学知识。

对于加法,任何两个操作数的结果(最多)比最大操作数的最高1位多1位。例如:

bool addition_is_safe(uint32_t a, uint32_t b) {
    size_t a_bits=highestOneBitPosition(a), b_bits=highestOneBitPosition(b);
    return (a_bits<32 && b_bits<32);
}

对于乘法,任何两个操作数的结果(最多)是操作数的位数之和。例如:

bool multiplication_is_safe(uint32_t a, uint32_t b) {
    size_t a_bits=highestOneBitPosition(a), b_bits=highestOneBitPosition(b);
    return (a_bits+b_bits<=32);
}

类似地,你可以像这样估计a的b次方结果的最大大小:

bool exponentiation_is_safe(uint32_t a, uint32_t b) {
    size_t a_bits=highestOneBitPosition(a);
    return (a_bits*b<=32);
}

(当然,用比特数代替目标整数。)

我不确定确定数字中最高的1位位置的最快方法,这里有一个蛮力方法:

size_t highestOneBitPosition(uint32_t a) {
    size_t bits=0;
    while (a!=0) {
        ++bits;
        a>>=1;
    };
    return bits;
}

它不是完美的,但它能让你在做运算之前知道是否有两个数会溢出。我不知道它是否会比您建议的方式检查结果更快,因为highestOneBitPosition函数中的循环,但它可能会(特别是如果您事先知道操作数中有多少位)。

如果您有一个比您想要测试的数据类型大的数据类型(比如您做了一个32位的添加,而您有一个64位的类型),那么这将检测是否发生溢出。我的例子是一个8位的添加。但它可以放大。

uint8_t x, y;    /* Give these values */
const uint16_t data16    = x + y;
const bool carry        = (data16 > 0xFF);
const bool overflow     = ((~(x ^ y)) & (x ^ data16) & 0x80);

它基于本页解释的概念:http://www.cs.umd.edu/class/spring2003/cmsc311/Notes/Comb/overflow.html

对于一个32位的例子,0xFF变成0xFFFFFFFF, 0x80变成0x80000000,最后uint16_t变成uint64_t。

注意:这捕获整数加法/减法溢出,我意识到你的问题涉及乘法。在这种情况下,分裂可能是最好的办法。这通常是calloc实现确保参数在相乘以获得最终大小时不会溢出的一种方式。

salter先生的回答是个好主意。

如果整数计算是必需的(为了精度),但浮点数是可用的,你可以这样做:

uint64_t foo(uint64_t a, uint64_t b) {
    double dc;

    dc = pow(a, b);

    if (dc < UINT_MAX) {
       return (powu64(a, b));
    }
    else {
      // Overflow
    }
}

Clang现在支持有符号整数和无符号整数的动态溢出检查。参见-fsanitize=integer开关。目前,它是唯一完全支持用于调试目的的动态溢出检查的c++编译器。