如何在 unsigned int 和 int 之间安全地进行静态转换？

Question

我有一个 8 字符的 string 代表十六进制数字，我需要将其转换为 int。此转换必须保留字符串 "80000000" 及更高版本的位模式，即这些数字应为负数。不幸的是，天真的解决方案：

int hex_str_to_int(const string hexStr)
{    
    stringstream strm;
    strm << hex << hexStr;
    unsigned int val = 0;
    strm >> val;
    return static_cast<int>(val);
}

如果val > MAX_INT（返回值为0），则不适用于我的编译器。将 val 的类型更改为 int 也会导致较大的数字为 0。我已经从这里的各种答案中尝试了几种不同的解决方案，但还没有成功。

以下是我所知道的：

• 我在 OpenVMS 上使用 HP 的 C++ 编译器（我相信使用的是安腾处理器）。
• sizeof(int) 在我的代码将运行的每个架构上至少有 4 个。
• 从数字 > INT_MAX 转换为 int 是实现定义的。在我的机器上，它通常会导致 0，但有趣的是，当值太大时，从 long 转换为 int 会导致 INT_MAX。

要正确地做到这一点非常困难，或者至少对我来说是这样。有谁知道对此的便携解决方案？

更新：

将static_cast 更改为reinterpret_cast 会导致编译器错误。一条评论提示我在上面的代码中尝试使用 C 风格的演员表：return (int)val，它成功了。 在这台机器上。在其他架构上仍然安全吗？

Answer 1

引用 C++03 标准，§4.7/3（积分转换）：

如果目标类型是有符号的，如果它可以在目标类型（和位域宽度）中表示，则值不变； 否则，该值由实现定义。

因为结果是实现定义的，所以根据定义不可能有一个真正的可移植解决方案。

Answer 2

虽然有一些方法可以使用强制转换和转换来做到这一点，但大多数都依赖于未定义的行为，这些行为恰好在某些机器上/使用某些编译器时具有明确定义的行为。不要依赖未定义的行为，而是复制数据：

int signed_val;
std::memcpy (&signed_val, &val, sizeof(int));
return signed_val;

Answer 3

您可以通过取补加一来否定无符号二进制补码数。所以让我们为否定做这件事：

if (val < 0x80000000) // positive values need no conversion
  return val;
if (val == 0x80000000) // Complement-and-addition will overflow, so special case this
  return -0x80000000; // aka INT_MIN
else
  return -(int)(~val + 1);

这假设您的整数用 32 位二进制补码表示（或具有相似范围）表示。它不依赖于任何与有符号整数溢出相关的未定义行为（请注意，unsigned 整数溢出的行为是明确定义的——尽管这也不应该发生在这里！）。

请注意，如果您的 int 不是 32 位的，事情会变得更加复杂。您可能需要使用类似~(~0U >> 1) 而不是0x80000000。此外，如果您的整数不是二进制补码，则某些值可能会出现溢出问题（例如，在二进制补码机器上，-0x80000000 不能用 32 位有符号整数表示）。但是，非二进制补码机在今天非常罕见，因此这不太可能成为问题。

Answer 4

这是另一个对我有用的解决方案：

if (val <= INT_MAX) {
    return static_cast<int>(val);
}
else {
    int ret = static_cast<int>(val & ~INT_MIN);
    return ret | INT_MIN;
}

如果我屏蔽掉高位，我会在投射时避免溢出。然后我可以安全地返回它。

Answer 5

C++20 将有 std::bit_cast 逐字复制位：

#include <bit>
#include <cassert>
#include <iostream>

int main()
{
    int i = -42;
    auto u = std::bit_cast<unsigned>(i);
    // Prints 4294967254 on two's compliment platforms where int is 32 bits
    std::cout << u << "\n";

    auto roundtripped = std::bit_cast<int>(u);
    assert(roundtripped == i);
    std::cout << roundtripped << "\n"; // Prints -42

    return 0;
}

cppreference 显示了一个example，说明如何根据memcpy（在注释下）实现自己的bit_cast。

虽然 OpenVMS 不太可能很快获得 C++20 支持，但我希望这个答案可以帮助通过互联网搜索找到相同问题的人。

Answer 6

unsigned int u = ~0U;
int s = *reinterpret_cast<int*>(&u); // -1

逆向：

int s = -1;
unsigned int u = *reinterpret_cast<unsigned int*>(&s); // all ones