C - 为什么使用 uint64_t 计数器时 for 循环会卡住，而 while 循环不会？答案

【问题标题】：C - Why is a for loop getting stuck when using a uint64_t counter, whereas a while loop isn't?C - 为什么使用 uint64_t 计数器时 for 循环会卡住，而 while 循环不会？
【发布时间】：2016-06-04 20:49:01
【问题描述】：

当我使用带有uint64_t 的for 循环作为计数器时，它会永远卡住，即使条件似乎已经很好地定义了。

违反 MCVE

#include <stdio.h>
#include <inttypes.h>

int main() {
    uint64_t i;
    for (i = 15; i >= 0; i--) { printf("%"PRIu64" ", i); }
    return 0;
}

部分输出

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 18446744073709551615 18446744073709551614 18446744073709551613 18446744073709551612 18446744073709551611 18446744073709551610 18446744073709551609 18446744073709551608 18446744073709551607 18446744073709551606 18446744073709551605 18446744073709551604 18446744073709551603 18446744073709551602 18446744073709551601 18446744073709551600 18446744073709551599 18446744073709551598 18446744073709551597 18446744073709551596 18446744073709551595 18446744073709551594 18446744073709551593 18446744073709551592 18446744073709551591 18446744073709551590 18446744073709551589 18446744073709551588 18446744073709551587 18446744073709551586 18446744073709551585 18446744073709551584 18446744073709551583 18446744073709551582 18446744073709551581 18446744073709551580 18446744073709551579 18446744073709551578 18446744073709551577 18446744073709551576 18446744073709551575 18446744073709551574 18446744073709551573 18446744073709551572 18446744073709551571 18446744073709551570

似乎它忽略了停止条件，所以它翻转了。

但是，当将其更改为“等效”while 循环时，一切正常：

正确的 MCVE

#include <stdio.h>
#include <inttypes.h>

int main() {
    uint64_t i = 16;
    while (i--) { printf("%"PRIu64" ", i); }
    return 0;
}

完整输出

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

我是否遗漏了有关在 for 循环中使用 uint64_t 计数器的内容？非常感谢任何帮助！

【问题讨论】：

i >= 0 对于无符号数始终为真。
在 i = 0 之后它会环绕到最大值，永远不会到 -1，所以停止表达式不会为假
如果使用 GCC，请始终使用 -Wall -Wextra 进行编译，以获得此类问题的有用警告。如果使用 MSVC 编译，请使用 -Wall。
i >= 0 永远为真，你可以把它改成 i != -1
等效的 while 循环将是 uint64_t i; i = 15; while (i>=0) { printf("%"PRIu64" ", i); i--; }。这也会显示一个无限循环，就像您的 for 循环一样。

标签： c for-loop while-loop uint64

【解决方案1】：

如果i 是无符号类型，则条件i >= 0 始终为真。减少无符号零不会产生负值，但计数器将回绕到给定类型的最大可表示数。

C 表示具有包含下限和互斥上限的范围。例如，N 元素数组的索引为 0 到 N - 1。上限本身不是有效的数组索引。

这个约定意味着你在增加它之前使用一个值，但在使用它之前先减少它。考虑一个简单的堆栈：

    stack[nstack++] = x;      // push a value
    x = stack[--nstack];      // pop a value

循环的逻辑相同：向前移动时，在递增之前使用该值：

    for (var i = 0; i < N; i++) { use(i); }

向后移动时，先减量再使用：

    for (var i = N; i-- > 0; ) { use(i); }

这个循环相当于你的while。在处理正文之后发生的更新部分在这里是空的。在进入循环之前对值进行检查；循环体具有更新的值。

这个后向循环对于空更新部分可能看起来很尴尬，但在其他方面它与前向版本正交：

它使用实际边界；没必要以N - 1开头；
只要遵循包含下限和互斥上限的约定，它同样适用于任意边界；
测试是纯粹的不等式，而不是大于/小于或等于的比较。

【讨论】：

另见What is the name of the “-->” operator?
@logo_writer 您可以随时更改要接受的答案。只需等待一天即可选择最佳答案。更多的读者稍后可能会提供更好的答案。

【解决方案2】：

如果i 是无符号整数类型，则表达式i >= 0 始终为真。另一种简单的方法是将其更改为：

uint64_t i;
for (i = 15; i != -1; i--) { ... }

无论i 是有符号整数还是无符号整数，这都有效。在uint64_t 的情况下，-1 将首先转换为0xFFFFFFFFFFFFFFFF，然后与i 进行比较。

如果你想摆脱编译警告，把它改成：

i != (uint64_t)-1

但您需要确保uint64_t 正是i 的类型。

【讨论】：