C for 循环行为异常

Question

我偶然发现了一个持续存在的问题，似乎没有合理的解释。问题似乎出在for (i = size - 1; i >= 0; i--) {etc.} 的for 循环中，其中size 是存储在内存缓冲区中的文件的大小，i 是一个无符号整数。它不是在i == 0 时停止，而是环绕 - 从而导致i = 4294967295 并导致分段错误。将条件更改为i > 0 即可解决问题。

不过，这样不是很奇葩吗？我一定遗漏了 for 循环如何在 C 中运行的一些关键部分。它不遵循这个方案：初始化、检查条件、递增/递减、检查条件等等？

感谢任何帮助！

Answer 1

在无符号类型中，最高有效位不被视为符号位。 在你的情况下 unsigned int 有4bytes(32 bits)。

因此，当您递减“0”时，其完成方式是将1 中的2's complement 添加到0。 这是4294967295，是最大值，当所有 32 位都为 1 时，它什么都不是。 因此结果为4294967295。

从最大值 4294967295 递增时（即当所有 32 位均为 1 时） 增加它会使所有低 32 位为 0，32nd 位为 1。因此，32nd 位存在溢出，超出了 unsigned int 的 4 字节范围。 因此该值变为 0。

一般来说，对于无符号类型，0....MaxValue 有一个环绕。 当在MaxValue 以上递增时，您从0 重新输入。 当递减到0 以下时，您从MaxValue 重新输入。

Answer 2

根据 C99 标准：

6.2.5 类型

9) [...] 涉及无符号操作数的计算永远不会溢出，因为 无法用生成的无符号整数表示的结果 type 以比最大数大一的数为模减少 可以由结果类型表示的值。

所以，这就是你的情况：

• i == 1，因此i-- 会产生i == 0。
• i == 0，因此 i-- 导致环绕，i == UINT_MAX。
• i == UINT_MAX，因此 i-- 导致 i == UINT_MAX - 1 等等。

修复循环的一种方法是使用以下 (https://*.com/a/665773/676939)：

for (i = size; i-- > 0;){
    /* yada yada yada */
}

执行相同操作的另一种方法如下 (https://*.com/a/665758/676939)：

unsigned fake_i;
for (fake_i = size; fake_i > 0; i--){
    unsigned i = fake_i - 1;
    /* Do something with i */
}

Answer 3

让我们看看当i 接近0 时会发生什么。

• i == 1：循环从i >= 0 开始正常执行。从i 中减去 1。现在i 包含 0。
• i == 0：循环从i >= 0 开始正常执行。从i 中减去 1。因为i 是未签名的，所以它会环绕。因此，i 现在包含 4294967295。
• i == 4294967295：循环正常执行，因为i >= 0
• 等等...

解决方案是测试其他内容（例如i > 0，如您的示例）或在每次迭代和循环时增加i，同时它小于文件的大小。

Answer 4

无符号整数始终为>= 0。

for (i = size - 1; i >= 0; i--) {etc.}

如果i 是unsigned int，则为无限循环。