获取 INT_MIN 绝对值的正确方法

Question

我想在无符号中执行一些算术，并且需要取负 int 的绝对值，比如

do_some_arithmetic_in_unsigned_mode(int some_signed_value)
{
   unsigned int magnitude;
   int negative;
   if(some_signed_value<0) {
       magnitude = 0 - some_signed_value;
       negative = 1;
    } else {
       magnitude = some_signed_value;
       negative = 0;
    }
   ...snip...
}

但是 INT_MIN 可能有问题，如果在有符号算术中执行，0 - INT_MIN 是 UB。 在 C 中执行此操作的标准/稳健/安全/高效的方法是什么？

编辑：

如果我们知道我们在 2-complement 中，那么隐式转换和显式位操作可能是标准的吗？如果可能的话，我想避免这种假设。

do_some_arithmetic_in_unsigned_mode(int some_signed_value)
{
   unsigned int magnitude=some_signed_value;
   int negative=some_signed_value<0;
   if (negative) {
       magnitude = (~magnitude) + 1;
    }
   ...snip...
}

Answer 1

从有符号到无符号的转换是明确定义的：你得到对应的代表模 2^N。因此，以下将为您提供n 的正确绝对值：

int n = /* ... */;

unsigned int abs_n = n < 0 ? UINT_MAX - ((unsigned int)(n)) + 1U
                           : (unsigned int)(n);

更新：正如@aka.nice 建议的那样，我们实际上可以将UINT_MAX + 1U 替换为0U：

unsigned int abs_n = n < 0 ? -((unsigned int)(n))
                           : +((unsigned int)(n));

Answer 2

在否定的情况下，取some_signed_value+1。否定它（这是安全的，因为它不能是INT_MIN）。转换为无符号。然后加一个；

Answer 3

您始终可以测试>= -INT_MAX，这始终是明确定义的。对您来说唯一有趣的情况是INT_MIN < -INT_MAX 和some_signed_value == INT_MIN。您必须单独测试该案例。

Answer 4

我想在unsigned做一些算术运算，需要取负的绝对值int，...

处理迂腐案件：

|SOME_INT_MIN|¹ 有一些特殊情况：

1.非二的补码

现在很少看到一个人的补码和符号大小。

SOME_INT_MIN == -SOME_INT_MAX 和 some_abs(some_int) 定义明确。这是简单的情况。

#if INT_MIN == -INT_MAX
some_abs(x);  // use matching abs, labs, llabs, imaxabs
#endif

2。 SOME_INT_MAX == SOME_UINT_MAX，2 的补码

C 允许整数类型的 signed 和 unsigned 版本的最大值相同。这几天很少见。

2 种方法：
1) 使用更广泛的整数类型（如果存在）。

#if -INTMAX_MAX <= SOME_INT_MIN
imaxabs((intmax_t)x)
#endif

2) 使用宽（st）浮点（FP）类型。
转换为宽 FP 将适用于 SOME_INT_MIN（2 的补码），因为该值为 -(power-of-2)。对于其他较大的负数，转换可能会丢失宽整数而不是那么宽 long double 的精度。例如。 64 位 long long 和 64 位 long double。

fabsl(x);  // see restriction above.

3. SOME_INT_MAX < SOME_UINT_MAX

这是@Kerrek SB 回答的常见情况。下面也处理案例1。

x < 0 ? -((unsigned) x) : ((unsigned) x);

---

更高级别的替代方案

在代码执行.... + abs(x) 的情况下，一个明确定义的替代方法是减去负绝对值：.... - nabs(x)。或者如abs(x) < 100，使用nabs > -100。

// This is always well defined.
int nabs(int x) {
  return (x < 0) x : -x;
}

---

¹SOME_INT 表示int、long、long long 或intmax_t。

Answer 5

 static unsigned absolute(int x)
 {
          if (INT_MIN == x) {
                  /* Avoid tricky arithmetic overflow possibilities */
                  return ((unsigned) -(INT_MIN + 1)) + 1U;
          } else if (x < 0) {
                  return -x;
          } else {
                  return x;
          }
 }