我用c++写了一个程序来寻找ab = C的所有解,其中a, b和C一起使用所有的数字0-9,只使用一次。程序循环遍历a和b的值,并每次对a、b和ab运行数字计数例程,以检查是否满足数字条件。

但是,当ab超出整数限制时,会产生伪解。我最终使用如下代码来检查这个:

unsigned long b, c, c_test;
...
c_test=c*b;         // Possible overflow
if (c_test/b != c) {/* There has been an overflow*/}
else c=c_test;      // No overflow

是否有更好的方法来测试溢出?我知道有些芯片有一个内部标志,在溢出发生时设置,但我从未见过通过C或c++访问它。


注意,有符号int溢出在C和c++中是未定义的行为,因此您必须在不实际引起它的情况下检测它。对于加法前的有符号整型溢出,请参见在C/ c++中检测有符号溢出。


当前回答

不能从C/ c++中访问溢出标志。

有些编译器允许你在代码中插入陷阱指令。在GCC上,选项是-ftrapv。

唯一可移植且与编译器无关的事情是自己检查溢出。就像你的例子一样。

但是,使用最新的GCC, -ftrapv似乎在x86上什么都不做。我猜这是一个旧版本的残余,或者特定于其他一些架构。我曾期望编译器在每次添加后插入一个INTO操作码。不幸的是,它不能这样做。

其他回答

如果您有一个比您想要测试的数据类型大的数据类型(比如您做了一个32位的添加,而您有一个64位的类型),那么这将检测是否发生溢出。我的例子是一个8位的添加。但它可以放大。

uint8_t x, y;    /* Give these values */
const uint16_t data16    = x + y;
const bool carry        = (data16 > 0xFF);
const bool overflow     = ((~(x ^ y)) & (x ^ data16) & 0x80);

它基于本页解释的概念:http://www.cs.umd.edu/class/spring2003/cmsc311/Notes/Comb/overflow.html

对于一个32位的例子,0xFF变成0xFFFFFFFF, 0x80变成0x80000000,最后uint16_t变成uint64_t。

注意:这捕获整数加法/减法溢出,我意识到你的问题涉及乘法。在这种情况下,分裂可能是最好的办法。这通常是calloc实现确保参数在相乘以获得最终大小时不会溢出的一种方式。

CERT开发了一种新方法,使用“as-if”无限范围(AIR)整数模型来检测和报告有符号整数溢出、无符号整数包装和整数截断。CERT已经发布了一份描述该模型的技术报告,并生成了一个基于GCC 4.4.0和GCC 4.5.0的工作原型。

AIR整数模型产生的值与使用无限范围整数所获得的值相等,或者导致违反运行时约束。与之前的整数模型不同,AIR整数不需要精确的陷阱,因此不会破坏或抑制大多数现有的优化。

有一种方法可以确定一个操作是否可能溢出,使用操作数中最高位的位置和一些基本的二进制数学知识。

对于加法,任何两个操作数的结果(最多)比最大操作数的最高1位多1位。例如:

bool addition_is_safe(uint32_t a, uint32_t b) {
    size_t a_bits=highestOneBitPosition(a), b_bits=highestOneBitPosition(b);
    return (a_bits<32 && b_bits<32);
}

对于乘法,任何两个操作数的结果(最多)是操作数的位数之和。例如:

bool multiplication_is_safe(uint32_t a, uint32_t b) {
    size_t a_bits=highestOneBitPosition(a), b_bits=highestOneBitPosition(b);
    return (a_bits+b_bits<=32);
}

类似地,你可以像这样估计a的b次方结果的最大大小:

bool exponentiation_is_safe(uint32_t a, uint32_t b) {
    size_t a_bits=highestOneBitPosition(a);
    return (a_bits*b<=32);
}

(当然,用比特数代替目标整数。)

我不确定确定数字中最高的1位位置的最快方法,这里有一个蛮力方法:

size_t highestOneBitPosition(uint32_t a) {
    size_t bits=0;
    while (a!=0) {
        ++bits;
        a>>=1;
    };
    return bits;
}

它不是完美的,但它能让你在做运算之前知道是否有两个数会溢出。我不知道它是否会比您建议的方式检查结果更快,因为highestOneBitPosition函数中的循环,但它可能会(特别是如果您事先知道操作数中有多少位)。

我看到你用的是无符号整数。根据定义,在C中(我不了解c++),无符号算术不会溢出…所以,至少对C来说,你的观点是没有意义的:)

对于有符号整数,一旦出现溢出,就会发生未定义行为(UB),程序可以做任何事情(例如:使测试不确定)。

#include <limits.h>

int a = <something>;
int x = <something>;
a += x;              /* UB */
if (a < 0) {         /* Unreliable test */
  /* ... */
}

要创建一个符合要求的程序,您需要在生成溢出之前测试溢出。该方法也可以用于无符号整数:

// For addition
#include <limits.h>

int a = <something>;
int x = <something>;
if (x > 0 && a > INT_MAX - x) // `a + x` would overflow
if (x < 0 && a < INT_MIN - x) // `a + x` would underflow

// For subtraction
#include <limits.h>
int a = <something>;
int x = <something>;
if (x < 0 && a > INT_MAX + x) // `a - x` would overflow
if (x > 0 && a < INT_MIN + x) // `a - x` would underflow

// For multiplication
#include <limits.h>

int a = <something>;
int x = <something>;
// There may be a need to check for -1 for two's complement machines.
// If one number is -1 and another is INT_MIN, multiplying them we get abs(INT_MIN) which is 1 higher than INT_MAX
if (a == -1 && x == INT_MIN) // `a * x` can overflow
if (x == -1 && a == INT_MIN) // `a * x` (or `a / x`) can overflow
// general case
if (x != 0 && a > INT_MAX / x) // `a * x` would overflow
if (x != 0 && a < INT_MIN / x) // `a * x` would underflow

对于除法(INT_MIN和-1特殊情况除外),不可能超过INT_MIN或INT_MAX。

这里有一个“不可移植”的解决方案。Intel x86和x64 cpu有所谓的eflags寄存器,在每次整数算术运算后由处理器填充。我将跳过这里的详细描述。相关的标志是“溢出”标志(掩码0x800)和“携带”标志(掩码0x1)。为了正确地解释它们,应该考虑操作数是有符号类型还是无符号类型。

下面是一个从C/ c++中检查标志的实用方法。下面的代码可以在Visual Studio 2005或更新版本(32位和64位)上运行,也可以在GNU C/ c++ 64位上运行。

#include <cstddef>
#if defined( _MSC_VER )
#include <intrin.h>
#endif

inline size_t query_intel_x86_eflags(const size_t query_bit_mask)
{
    #if defined( _MSC_VER )

        return __readeflags() & query_bit_mask;

    #elif defined( __GNUC__ )
        // This code will work only on 64-bit GNU-C machines.
        // Tested and does NOT work with Intel C++ 10.1!
        size_t eflags;
        __asm__ __volatile__(
            "pushfq \n\t"
            "pop %%rax\n\t"
            "movq %%rax, %0\n\t"
            :"=r"(eflags)
            :
            :"%rax"
            );
        return eflags & query_bit_mask;

    #else

        #pragma message("No inline assembly will work with this compiler!")
            return 0;
    #endif
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int x = 1000000000;
    int y = 20000;
    int z = x * y;
    int f = query_intel_x86_eflags(0x801);
    printf("%X\n", f);
}

如果操作数相乘而没有溢出,则query_intel_eflags(0x801)将得到0的返回值,即既没有设置进位标志,也没有设置溢出标志。在提供的main()示例代码中,发生溢出,并且两个标志都被设置为1。这个检查并不意味着任何进一步的计算,所以它应该相当快。