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

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};

其他回答

不能从C/ c++中访问溢出标志。

有些编译器允许你在代码中插入陷阱指令。在GCC上,选项是-ftrapv。

唯一可移植且与编译器无关的事情是自己检查溢出。就像你的例子一样。

但是,使用最新的GCC, -ftrapv似乎在x86上什么都不做。我猜这是一个旧版本的残余,或者特定于其他一些架构。我曾期望编译器在每次添加后插入一个INTO操作码。不幸的是,它不能这样做。

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
    }
}

从C23开始,标准头文件<stdckdint.h>提供了以下三个类函数宏:

bool ckd_add(type1 *result, type2 a, type3 b);
bool ckd_sub(type1 *result, type2 a, type3 b);
bool ckd_mul(type1 *result, type2 a, type3 b);

其中type1, type2和type3是任何整数类型。这些函数分别以任意精度对a和b进行加、减或乘,并将结果存储在*result中。如果结果不能由type1精确表示,则函数返回true("计算已溢出")。(任意精确是一种错觉;计算速度非常快,自20世纪90年代初以来几乎所有可用的硬件都可以在一个或两个指令内完成。)

重写OP的例子:

unsigned long b, c, c_test;
// ...
if (ckd_mul(&c_test, c, b))
{
    // returned non-zero: there has been an overflow
}
else
{
    c = c_test; // returned 0: no overflow
}

C_test包含所有情况下可能溢出的乘法结果。

早在C23之前,GCC 5+和Clang 3.8+就提供了以同样方式工作的内置程序,除了结果指针是最后传递而不是第一个传递:__builtin_add_overflow, __builtin_sub_overflow和__builtin_mul_overflow。这些也适用于小于int的类型。

unsigned long b, c, c_test;
// ...
if (__builtin_mul_overflow(c, b, &c_test))
{
    // returned non-zero: there has been an overflow
}
else
{
    c = c_test; // returned 0: no overflow
}

Clang 3.4+引入了具有固定类型的算术溢出内置函数,但它们的灵活性要低得多,而且Clang 3.8现在已经可用很长时间了。如果你需要使用__builtin_umull_overflow,尽管有更方便的更新选项。

Visual Studio的cl.exe没有直接的等价物。对于无符号加减法,包括<intrin.h>将允许您使用addcarry_uNN和subborrow_uNN(其中NN是位数,如addcarry_u8或subborrow_u64)。他们的签名有点迟钝:

unsigned char _addcarry_u32(unsigned char c_in, unsigned int src1, unsigned int src2, unsigned int *sum);
unsigned char _subborrow_u32(unsigned char b_in, unsigned int src1, unsigned int src2, unsigned int *diff);

C_in /b_in是输入的进位/借位标志,返回值是输出的进位/借位。它似乎没有符号运算或乘法的等价物。

另外,Clang for Windows现在已经可以投入生产(对于Chrome来说已经足够好了),所以这也是一个选择。

mozilla::CheckedInt<T>为整数类型T提供溢出检查的整数数学(使用clang和gcc上可用的编译器intrinsic)。该代码是在MPL 2.0下编写的,并且依赖于三个(integertypetrait .h, Attributes.h和Compiler.h)其他仅针对标头的非标准库标头以及mozilla特定的断言机制。如果导入代码,可能需要替换断言机制。

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。