检查符号未知的变量是否在区间内

Question

在某些 C99 代码中，我需要检查变量 i 是否在区间 [0, max] 中，其中已知 max 为正数。问题是变量的类型允许有符号和无符号（通过更改typedef）。如何最好地检查变量是否在区间内？

直接的方法是：

bool is_in_interval(my_type i, my_type max) {
    assert(max > 0);
    return (i >= 0 && i <= max);
}

当我们有typedef int my_type; 时，这将正常工作。但是当my_type 是无符号的（即typedef unsigned int my_type;）时，i >= 0 总是正确的，编译器会（正确地）警告它，我想避免这种情况。 （我不想关闭该警告，因为当这种比较实际上是无意的时它很有用，并且忽略编译器警告不是一个好主意。）

我目前的想法是将i 转换为无符号类型，然后只检查上限：

bool is_in_interval(my_type i, my_type max) {
    assert(max > 0);
    return ((size_t) i <= (size_t) max);
}

如果有符号类型具有二进制补码表示，则任何负值都应该大于max，一旦转换为无符号版本，对吗？如果是这样，这应该工作。但是，我不确定这是否是一种可取的方法。例如，假设签名类型在所有平台上都使用二进制补码是否安全？有没有更好的方法来做到这一点？

Answer 1

也许这是另一种直接的方法：

bool is_in_interval(my_type i, my_type max) {
    assert(max > 0);
    if ((my_type)-1 > 0)
        return (i <= max); // my_type is unsigned
    else
        return (0 <= i && i <= max); // my_type is signed
}

Answer 2

检查 0 和 max。但请避免直接进行 >= 0 测试。

强制转换是一个问题，因为它可能会以某些实现定义的方式缩小值。

bool is_in_interval(my_type i, my_type max) {
  // first, take care of the easy case
  if (i > max) return false;
  if (i > 0) return true;
  return i == 0;
}

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我也会考虑更多。

Answer 3

我认为这应该关闭编译器：

bool is_in_interval(my_type i, my_type max) {
  my_type zero = 0;
  assert(max > 0);
  return (zero <= i && i <= max);
}

Answer 4

如果您的编译器支持它，我相信最简洁的解决方案是保持代码不变，但使用#pragma 指令在本地禁用虚假警告。例如，对于 GCC 4.6.4+，以下代码为 do the trick：

bool is_in_interval(my_type i, my_type max) {
    assert(max > 0);
#pragma GCC diagnostic push
#pragma GCC diagnostic ignored "-Wtype-limits"
    /* i >= 0 could warn if my_type is unsigned */
    return (i >= 0 && i <= max);
#pragma GCC diagnostic pop
}

显然，与#pragmas should work for Clang too 完全相同，因为它模仿了 GCC 的语法。其他编译器可能具有类似的语法（例如，#pragma warning( disable: ... ) 用于 Visual C/C++），并且应该可以使用预处理器指令为每个编译器选择适当的 #pragmas。

这种方法的主要缺点是美观——它用丑陋的#pragmas 乱扔代码。也就是说，我认为这比故意混淆（并可能取消优化）代码更可取，以避免编译器警告。至少，有了#pragmas，下一个阅读代码的程序员就清楚为什么它是这样写的了。

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为了使这个更简洁和更便携，您可以使用C99 _Pragma() operator 来定义禁用和重新启用警告的宏，例如像这样：

#if __GNUC__ * 10000 + __GNUC_MINOR__ * 100 + __GNUC_PATCHLEVEL__ >= 40604
#  define NO_TYPE_LIMIT_WARNINGS \
       _Pragma("GCC diagnostic push") \
       _Pragma("GCC diagnostic ignored \"-Wtype-limits\"")
#  define RESTORE_WARNINGS \
       _Pragma("GCC diagnostic pop")
/* Add checks for other compilers here! */
#else
#  define NO_TYPE_LIMIT_WARNINGS /* nothing */
#  define RESTORE_WARNINGS /* nothing */
#endif

并像这样使用它们：

bool is_in_interval(my_type i, my_type max) {
    assert(max > 0);
    NO_TYPE_LIMIT_WARNINGS; /* i >= 0 could warn if my_type is unsigned */
    return (i >= 0 && i <= max);
    RESTORE_WARNINGS;
}

或者，如果您想支持 C99 之前的编译器，您可以创建一对头文件（没有任何包含保护！）命名为 warnings_off.h 和 warnings_restore.h，其中包含为每个编译器提供适当的#pragma，然后将要消除警告的代码括起来：

#include "warnings_off.h"
/* ...code that emits spurious warnings here... */
#include "warnings_restore.h"

Answer 5

一个简单的解决方案是进行双面测试。

真正失去的唯一属性是适度的效率/性能。没有其他问题。

虽然 OP 确实考虑到了这一点，但任何解决方案都应该以此作为参考进行权衡。

bool is_in_interval2(my_type i, my_type min, my_type max) {
  return i >= min && i <= max;
}

// Could make this a macro or inline
bool is_in_interval(my_type i, my_type max) {
  return is_in_interval2(i, 0, max);
}