整数溢出与从 long long 到 int 的隐式转换答案

【问题标题】：Integer overflow vs implicit conversion from long long to int整数溢出与从 long long 到 int 的隐式转换
【发布时间】：2018-12-01 19:21:40
【问题描述】：

以int a=INT_MAX-1; 和int b=INT_MAX-1; 为例，假设 int 是 32 位的并且是一个函数

int product(int a,int b)
{
    return a*b;
}

现在产品a*b 溢出，导致标准未定义行为：

如果在评估过程中出现异常情况表达式（也就是说，如果结果不是数学定义的，或者不在其类型的可表示值范围内），行为未定义。

但是如果我们改为使用

int product(int a,int b)
{
    long long x = (long long)a*b;
    return x;
}

然后假设this answer 是正确的并且适用于long long，按照标准，结果是实现定义的。

我认为未定义的行为可能会导致任何事情，包括崩溃，因此最好避免所有成本，因此第二个版本更可取。但我不太确定我的推理是否正确。

问题：第二个版本更可取还是第一个版本更可取？

【问题讨论】：

除非你从第二个版本返回 long long 并将返回的值分配给 long long 类型，否则你仍然有溢出。
一个会导致 UB，一个不会...我会说它们都很糟糕。不太确定你在这里期待什么样的答案
@taskinoor 实际上在第二种情况下它超出了范围分配，而不是溢出（参见问题链接的答案）
@MM 对，我错了。我同意你，他们两个都是坏人。
猜猜这取决于用例。如果使用的是total_charge = product(unit_price, items_sold);，而您从发票中扣除了数十亿美元，我宁愿程序崩溃也不愿破产。 :-)

标签： c implicit-conversion integer-overflow

【解决方案1】：

这两个选项都不好，因为它们没有产生预期的结果。恕我直言，试图按坏顺序对它们进行排名是一个有争议的问题。

我的建议是修复函数，以便为所有用例明确定义。

【讨论】：

【解决方案2】：

如果您（程序员）永远不会（永远！）将值传递给product() 函数会导致未定义的行为，那么第一个版本，为什么不呢。
第二个版本返回结果的sizeof(int)*CHAR_BIT 最低有效位（这是实现定义的行为），并且仍然可能在LLONG_MAX == INT_MAX 的架构上溢出。第二个版本可能需要很长时间才能在 8 位处理器上执行，而且对长长乘法的支持真的很差，也许你应该在将 long long 转换为 int 和一些 if (x > INT_MAX) return INT_MAX; 时处理溢出，除非你只是真的感兴趣仅在产品结果的最低有效位中。
更可取的版本是不存在未定义行为的版本。如果您不确定乘法 a 和 b 是否会导致未定义的行为，您应该检查它是否会并为这种情况做好准备。

#include <assert.h>
#include <limits.h>

int product(int a, int b)
{
    assert(a < INT_MAX/b && b < INT_MAX/a);
    if (!(a < INT_MAX/b && b < INT_MAX/a)) 
         return INT_MAX;
    return a * b;
}

或在 GNUC 中：

int product(int a, int b) {
   int c;
   if (__builtin_sadd_overflow(a, b, &c)) {
       assert(0);
       return INT_MAX;
   }
   return c;
}

【讨论】：

转换为结果超出范围的有符号类型通常使用最低有效位完成，但从技术上讲，该行为是实现定义的。

【解决方案3】：

我相信稍作调整的第二个版本可能会让您感兴趣：

int product(int a, int b)
{
  long long x = (long long)a * b;
  if (x < INT_MIN || x > INT_MAX)
  {
    fprintf(stderr, "Error in product(): Result out of range of int\n");
    abort();
  }
  return x;
}

此函数将两个整数作为长整数，计算它们的乘积并检查是否结果在 int 范围内。如果是，我们可以从函数中返回它而不会产生任何不良后果。如果不是，我们可以打印错误消息并中止，或者进行其他类型的异常处理。

编辑 1： 但是这段代码仍然期望 (long long)a * b 不会溢出，这在 i 时不能保证。 e. sizeof(long long) == sizeof(int). 在这种情况下，应添加溢出检查以确保不会发生这种情况。如果您不介意使用 GCC 相关代码，(6.54) Integer Overflow Builtins 对您来说可能会很有趣。如果您想在没有任何扩展的情况下留在 C 中，也有检测乘法溢出的方法，请参阅 StackOverflow 答案：https://stackoverflow.com/a/1815371/1003701

【讨论】：