当值溢出时将浮点类型转换为无符号整数类型会发生什么？答案

【问题标题】：What happens when casting floating point types to unsigned integer types when the value would overflow?当值溢出时将浮点类型转换为无符号整数类型会发生什么？
【发布时间】：2018-04-06 07:58:12
【问题描述】：

我想知道在 C 中从浮点类型转换为无符号整数类型时会发生什么情况，而该值不能由所讨论的整数类型准确表示。举个例子

func (void)
{
float a = 1E10;
unsigned b = a;
}

我在我的系统上获得的b 的值（我的系统上的unsigned 能够表示从0 到2³²-1 的值）是1410065408。这对我来说似乎是明智的，因为它只是转换结果的最低位。

我相信标准未定义此类操作的行为。我错了吗？如果我做这样的事情，我在实践中可以期待什么？

另外，有符号类型会发生什么？如果b 是int 类型，我会得到-2147483648，这对我来说真的没有意义。

【问题讨论】：

准确地说，这不是强制转换。赋值导致隐式转换。
强制转换和隐式转换之间有什么区别会影响这种情况下的结果吗？
强制转换是一种强制转换操作，它会导致显式转换。相同的规则用于隐式和显式转换，但它们在标准中是不同的。
你可以得到-2147483648，因为这是你的处理器的指令产生的，或者你可以在不同的处理器上得到别的东西，或者你会得到奇怪的结果，因为你的处理器使用的是 64-位有符号转换指令在源代码中实现什么是 32 位无符号转换。作为未定义的行为，编译器不必保持一致。见blog.frama-c.com/index.php?post/2013/10/09/…

标签： c casting floating-point overflow unsigned

【解决方案1】：

将浮点类型转换为无符号整数类型时值溢出时会发生什么 (?)

未定义的行为 (UB)

另外@user694733很好的回答，为了防止未定义的行为导致float到unsigned的代码超出范围可以先测试float的值。

然而，对于无符号类型，尤其是有符号类型，测试范围很棘手。细节是整数转换之前的所有转换和常量必须精确。接近极限的 FP 数学也需要精确。

例子：

转换为 32 位无符号数的有效范围为 -0.999... 到 4294967295.999...。

转换为带符号的 32 位 2 的补码在 -2147483648.999... 到 2147483647.999...的范围内有效。

// code uses FP constants that are exact powers-of-2 to insure their exact encoding.

// Form a FP constant that is exactly UINT_MAX + 1
#define FLT_UINT_MAX_P1 ((UINT_MAX/2 + 1)*2.0f)

bool convert_float_to_unsigned(unsigned *u, float f) {
  if (f > -1.0f && f < FLT_UINT_MAX_P1) {
    *u = (unsigned) f;
    return true;
  }
  return false;  // out of range
}


#define FLT_INT_MAX_P1 ((INT_MAX/2 + 1)*2.0f)
bool convert_float_to_int(int *i, float f) {
  #if INT_MIN == -INT_MAX
  // Rare non 2's complement integer
  if (fabsf(f) < FLT_INT_MAX_P1) {
    *i = (int) f;
    return true;
  }
  #else
  // Do not use f + 1 > INT_MIN as it may incur rounding
  // Do not use f > INT_MIN - 1.0f as it may incur rounding
  // f - INT_MIN is expected to be exact for values near the limit
  if (f - INT_MIN > -1 && f < FLT_INT_MAX_P1) {
    *i = (int) f;
    return true;
  }
  #endif 
  return false;  // out of range
}

迂腐的代码会采取额外的步骤来应对罕见的FLT_RADIX 10。

FLT_EVAL_METHOD，它允许以更高的精度计算 float 数学，可能会起作用，但到目前为止，我认为它不会对上述解决方案产生负面影响。

【讨论】：

【解决方案2】：

在这两种情况下，值都超出范围，因此这是未定义的行为。

6.3.1.4 实数浮点数和整数

当实浮点类型的有限值转换为_Bool以外的整数类型时，小数部分被丢弃（即，该值被截断为零）。如果值整数部分不能用整数类型表示，行为未定义。 ⁶¹⁾

_{61) 将整数类型的值转换为无符号类型时执行的求余运算
将实浮点类型的值转换为无符号类型时不需要执行。就这样
可移植实浮点值的范围是 (−1, Utype_MAX+1)。}

要制作这个定义明确的代码，您应该在进行转换之前检查值是否在可能的范围内。

【讨论】：