理解 gsl::narrow 实现答案

【问题标题】：Understanding gsl::narrow implementation理解 gsl::narrow 实现
【发布时间】：2019-03-22 15:36:27
【问题描述】：

C++ Core Guidelines 有一个 narrow 转换，如果转换更改了值，则会抛出该转换。看图书馆的microsoft implementation：

// narrow() : a checked version of narrow_cast() that throws if the cast changed the value
template <class T, class U>
T narrow(U u) noexcept(false)
{
    T t = narrow_cast<T>(u);
    if (static_cast<U>(t) != u)
        gsl::details::throw_exception(narrowing_error());
    if (!details::is_same_signedness<T, U>::value && ((t < T{}) != (u < U{})))  // <-- ???
        gsl::details::throw_exception(narrowing_error());
    return t;
}

我不明白第二个if。它检查什么特殊情况，为什么static_cast<U>(t) != u 不够？

为了完整性：

narrow_cast 只是一个static_cast：

// narrow_cast(): a searchable way to do narrowing casts of values
template <class T, class U>
constexpr T narrow_cast(U&& u) noexcept
{
    return static_cast<T>(std::forward<U>(u));
}

details::is_same_signdess 是它所宣传的：

template <class T, class U>
struct is_same_signedness
    : public std::integral_constant<bool,
        std::is_signed<T>::value == std::is_signed<U>::value>
{
};

【问题讨论】：

我知道的不够多，无法回答，但也许narrow<unsigned>(-1)？ static_cast 来回可能会产生相同的结果（不确定它是否是 UB）。
在我看来，如果它们不是相同的签名并且一个是负数...所以你在 unsigned 和 之间进行转换签名，然后检查签名信息是否丢失？
我不知道为什么它是这样写的，但只是看了一眼，我相信你会（正确？错误？）返回“true”以将 -0.0f 转换为整数零，而 MS 实现可能不会针对非整数值进行编译。

标签： c++ c++11 casting narrowing cpp-core-guidelines

【解决方案1】：

这是检查溢出。来看看

auto foo = narrow<int>(std::numeric_limits<unsigned int>::max())

T 将是 int 和 U 将是 unsigned int。所以

T t = narrow_cast<T>(u);

将在t 中存储-1。当你把它放回去时

if (static_cast<U>(t) != u)

-1 将转换回std::numeric_limits<unsigned int>::max()，因此检查将通过。尽管std::numeric_limits<unsigned int>::max() 溢出int 并且是未定义的行为，但这不是有效的演员表。那么我们继续

if (!details::is_same_signedness<T, U>::value && ((t < T{}) != (u < U{})))

由于符号不同，我们评估

(t < T{}) != (u < U{})

这是

(-1 < 0) != (really_big_number < 0)
==  true != false
==  true

所以我们抛出一个异常。如果我们走得更远并回绕 using 以使 t 变为正数，那么第二次检查将通过，但第一次检查将失败，因为 t 将是正数并且转换回源类型仍然相同不等于原始值的正值。

【讨论】：

标准是否保证（转述的）语句“int i = narrow_cast<int>(std::numeric_limits<unsigned int>::max()); 将在i 中存储-1”？据我所知，它是由实现定义的，但几乎在每个实现中都是如此。
吹毛求疵：我不相信演员阵容是真正的未定义行为。我认为您的意思是 unspecified 行为。算术有符号整数溢出是未定义的行为，但无法表示的值的强制转换只是未指定的。这是相关的，因为如果它实际上是未定义的行为，优化器可能会完全消除测试。

【解决方案2】：

if (!details::is_same_signedness<T, U>::value && ((t < T{}) != (u < U{})))  // <-- ???

上述检查是为了确保不同的签名不会使我们误入歧途。

第一部分检查它是否可能是一个问题，并被包括在内以进行优化，所以让我们进入正题。

以UINT_MAX（最大的unsigned int）为例，将其转换为signed。

假设INT_MAX == UINT_MAX / 2（这非常可能，但标准不能完全保证），结果将是(signed)-1，或者只是-1，一个负数。

虽然将其转换回原始值，但它通过了第一次检查，但它本身不是相同的值，并且此检查会捕获错误。

【讨论】：