如何在无符号操作数之间执行有符号比较？答案

【问题标题】：How to perform signed comparison between unsigned operands?如何在无符号操作数之间执行有符号比较？
【发布时间】：2018-02-16 17:40:00
【问题描述】：

我已经声明了 4 个无符号变量：

uint32_t empty_bucket;
uint32_t base_bucket;
uint32_t hop_size;
uint32_t ht_size;

我要执行签名条件检查：

if (empty_bucket < base_bucket + (hop_size - 1) - ht_size)

知道base_bucket + (hop_size - 1) - ht_size 可能是负值。操作数的正确转换是什么来执行这个单独的操作？

注意：base_bucket + (hop_size - 1) - ht_size 可能与 -2^32 非常接近，因此转换为带符号的 32 位 int32_t 可能会导致溢出。

【问题讨论】：

不清楚你在问什么。根据定义，无符号整数不能变为负数。差异也不会变成负数。 无符号整数的上溢/下溢 回绕，但结果仍然是正数（阅读模数运算）。如果将表达式的操作数强制转换为有符号，则会调用未定义的行为。
@Olaf 确实有道理。 base_bucket + (hop_size - 1) - ht_size 可能是否定的。读作：数学上这个表达式可以是负数，但在 C 中，因为我使用无符号类型，所以我得到无符号模数行为。如何使我的 C 代码表现得像数学模型？
@bolov：是的，但前提是int 大于uint32_t。否则不能。你想回顾一下关于算术运算符的章节。但是为什么你有一个 sock-puppet 帐户呢？
@Olaf 袜子木偶账号？什么意思？
是否有某些原因不能将条件更改为：if (empty_bucket + ht_size < base_bucket + (hop_size - 1))？

【解决方案1】：

由于您使用 stdint 包含，您可以将操作数转换为 64 位有符号值，并进行比较，没有任何右侧项变为负数的风险，我们必须将左侧操作数转换为有符号整数以避免比较有符号/无符号时的未定义/实现行为：

if ((int64_t)empty_bucket < ((int64_t)base_bucket + ((int64_t)hop_size - 1) - (int64_t)ht_size))

总结一下：

【讨论】：

这正是我在发布之前的想法和尝试，我得到了我想要的（负值），但我认为基于更好的理解可能有更好的方法。跨度>
当人们听到“对性能的负面影响”时，他们大多是下意识的反应，并且过于重视它。除非我们谈论的是一些有限的嵌入式系统，否则使用 64 位操作数而不是 32 位操作数几乎没有影响，尤其是当我们没有乘法或除法时。
在大多数较小的系统上使用 64 位整数是不利的。应该尽可能避免（而且似乎是）。
@bolov 我添加了“在 32 位架构上”。
@bolov 确切地说，我正在使用 64 位台式机，这些小性能伤害对我来说没什么大不了的。实际上，我正在实现 Hopscotch hashmap 的环绕版本，并希望测量阴影版本和位图版本之间的性能。

【解决方案2】：

if (base_bucket + hop_size > ht_size + 1
    && empty_bucket < base_bucket + (hop_size - 1) - ht_size)

第一行检查我们要执行的比较的右侧是否确实是一个正整数。这是通过检查所有正值（base_bucket 和 hop_size）是否大于所有负值（- 1 和 - ht_size）来完成的。它在不使用减法的情况下执行此操作，因此使用无符号整数是安全的。

@David Bowling 建议

if (empty_bucket + ht_size < base_bucket + (hop_size - 1))

这个想法基本相同，以确保比较的双方总是积极的。如果base_bucket 和hop_size 不是同时为零，则此方法有效。

对于这两种解决方案，理论上仍然可能会溢出，您必须使用实际值进行检查。如果有溢出，请使用更大的类型。

^{请忽略我之前提到的短路评估，因为它不相关。如果整数大小是“正常的”，例如。 16、32 或 64 位，这应该可以工作。}

【讨论】：

请详细说明为什么会有警告。
比较无符号和有符号？
如果int 大于uint32_t，无论如何都会强制转换为int。否则都是unsigned 或uint322_t 是什么。我没有仔细检查它，但是是的，这可能是这样。不过，我会检查边界情况（最后一个很好地用于单元测试 - 是的）。
是的，如果 int 是 32 位，则不允许提升，因为签名的 int 不能保存所有值。我提到的警告在这里真的不相关，我的错误。
我仍然有添加的问题。如果没有来自 OP 的更多信息/保证，这里仍然可以进行 wrap（并且 hop_size - 1）也可以进行 wrap。