使用无符号倒计时的正确方法答案

【问题标题】：Proper way to count down with unsigned使用无符号倒计时的正确方法
【发布时间】：2017-02-26 05:57:48
【问题描述】：

我正在阅读计算机系统上的卡内基梅隆大学幻灯片以进行测验。在slide 第49页：

无符号倒计时
使用无符号作为循环索引的正确方法
unsigned i; 
for (i = cnt-2; i < cnt; i--) 
a[i] += a[i+1]; 
更好
size_t i; 
for (i = cnt-2; i < cnt; i--) 
a[i] += a[i+1];   

我不明白为什么它不会是无限循环。我正在递减i，它是无符号的，所以它应该总是小于cnt。请解释一下。

【问题讨论】：

unsigned i = cnt - 1; while (i--) a[i] = a[i+1]; 有什么问题吗？
@DavidC.Rankin Robert Seacord 在 c 和 c++ 中进行安全编码推荐后者，因为长度大约是单词的大小。
Why does counting down an unsigned int loop forever in C?的可能重复

标签： c loops unsigned

【解决方案1】：

这个循环只是依赖于i 将递减到 0 以上的事实，这使其成为最大 uint 值。这打破了循环，因为现在i < cnt == false。

每Overflowing of Unsigned Int:

无符号数不能溢出，而是使用模数的性质。

C 和 C++ 标准都保证这种 uint 包装行为，但对于有符号整数没有定义。

【讨论】：

【解决方案2】：

循环的目标是从cnt-2 向下循环到0。达到写i >= 0的效果。

上一张幻灯片正确地讨论了为什么i >= 0 的循环条件不起作用。无符号数总是大于或等于0，所以这样的条件是空洞的。 i < cnt 的循环条件最终循环，直到 i 越过 0 并环绕。当您递减无符号 0 时，它变为 UINT_MAX（2³² - 1 表示 32 位整数）。发生这种情况时，i < cnt 保证为 false，循环终止。

我不会写这样的循环。它在技术上是正确的，但风格很差。好的代码不仅是正确的，而且是可读的，所以其他人可以很容易地弄清楚它在做什么。

【讨论】：

【解决方案3】：

它利用了当你将无符号整数 0 递减时发生的情况。这是一个简单的例子。

unsigned cnt = 2;
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("%u\n", cnt);
    cnt--;
}

这会产生...

无符号整数 0 - 1 变为 UINT_MAX。因此，与其寻找 -1，不如关注计数器何时变得大于其初始状态。

稍微简化一下示例，以下是从 5 倒数到 0（不包括）的方法。

unsigned i;
unsigned cnt = 5;
for (i = cnt-1; i < cnt; i--) {
    printf("%d\n", i);
}

打印出来的：

在最后一次迭代中i = UINT_MAX 保证大于cnt 所以i < cnt 是假的。

size_t“更好”，因为它是无符号的，并且与 C 中最大的东西一样大，因此您不必确保 cnt 与 i 的类型相同。

【讨论】：

产生与 unsigned i = cnt - 1; while (i--) printf("%u\n", i); 相同的迭代，但使用 post-decrement 运算符，该运算符允许在终止条件之前在循环主体内评估 i=0 while (0) 在下一次检查时（在后递减之前）。

【解决方案4】：

这似乎是实现相同事物的既定习语的另一种表达方式

for (unsigned i = N; i != -1; --i) 
   ...;

他们只是用更隐秘的i < cnt 替换了更易读的i != -1。当0 在unsigned 域中递减时，它实际上回绕到UINT_MAX 值，比较等于-1（在无符号域中）并且大于或等于cnt。因此，i != -1 或 i < cnt 可以作为继续迭代的条件。

他们为什么要专门这样做？显然是因为它们从cnt - 2 开始并且cnt 的值可以小于2，在这种情况下它们的条件确实可以正常工作（而i != -1 不能）。除了这种情况，没有理由让cnt 参与终止条件。有人可能会说，一个更好的主意是预先检查 cnt 的值，然后使用 i != -1 成语

if (cnt >= 2)
  for (unsigned i = cnt - 2; i != -1; --i) 
     ...;

注意，顺便说一句，只要知道i 的起始值是非负的，那么无论i 是有符号还是无符号，基于i != -1 条件的实现都有效。

【讨论】：

它确实i < cnt 具有为cnt = 0 工作的优势。
这个问题有很多正确的候选解决方案，但你的更详细。谢谢！
我不相信这是支持的，error: comparison of constant -1 with expression of type 'uint8_t' (aka 'unsigned char') is always true

【解决方案5】：

我认为您对 int 和 unsigned int 数据类型感到困惑。这两个是不同的。在 int 数据类型（2 字节存储大小）中，您的范围从 -32,768 到 32,767 而在 unsigned int 数据类型（2 字节存储大小）。您的范围从 0 到 65,535 。在上面提到的示例中，您使用的是 unsigned int 类型的变量 i。它将递减到 i=0，然后根据语义结束 for 循环。

【讨论】：

【解决方案6】：

到目前为止我发现的向下计数循环的最佳选择是使用

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

这将调用 i=N-1 ... 0 的循环体。这对有符号和无符号数据类型的工作方式相同，并且不依赖于任何溢出。

【讨论】：