abs(unsigned long) 有什么意义吗？

Question

我遇到过这段代码，顺便说一下我的分析器报告为瓶颈：

#include <stdlib.h>

unsigned long a, b;
// Calculate values for a and b
unsigned long c;

c = abs(a - b);

那条线有没有比c = a - b; 更有趣的事情？任何一个选项都调用未定义或实现定义的行为，还有其他潜在的陷阱吗？请注意，包括 C <stdlib.h>，而不是 <cstdlib>。

Answer 1

不，这没有意义。

如果你想要不同，请使用

c = (a > b) ? a - b : b - a;

或

c = max(a, b) - min(a, b);

如果低于零，无符号将回滚（效果类似于添加 2^{sizeof (unsigned long) * CHAR_BIT}）

如果你正在寻找两个数字之间的差异，你可以写一个如下的小模板

namespace MyUtils {
  template<typename T>
  T diff(const T&a, const T&b) {
    return (a > b) ? (a - b) : (b - a);
  }
}

---

看abs的声明继承自C（因为你包含了stdlib.h）

int       abs( int n );
long      abs( long n );
long long abs( long long n ); //    (since C++11)
//Defined in header <cinttypes>
std::intmax_t abs( std::intmax_t n ); //    (since C++11)

和C++ 中的abs（来自cmath）

float       abs( float arg );
double      abs( double arg );
long double abs( long double arg );

如果您注意到，每个函数的参数和返回类型都是signed。因此，如果您将无符号类型传递给这些函数之一，则会发生隐式转换 unsigned T1 -> signed T2 -> unsigned T1 （在您的情况下，T1 和 T2 可能相同，T1 是 long）。将无符号整数转换为有符号整数时，如果不能以有符号类型表示，则行为取决于实现。

来自 4.7 积分转换 [conv.integral]

1. 如果目标类型是无符号的，则结果值是最小的 与源整数一致的无符号整数（模 2ⁿ 其中 n 是 用于表示无符号类型的位数）。 [注：在一个 二进制补码表示，这种转换是概念性的，并且 位模式没有变化（如果没有截断）。 — 尾注]
   
2. 如果目标类型是有符号的，如果可以的话，值不变 以目标类型（和位域宽度）表示；除此以外， 该值是实现定义的。

Answer 2

我不知道你是否认为它是有道理的，但abs() 应用于一个无符号值肯定可以返回一个不同于传入的值。那是因为abs() 需要一个int 参数并返回一个int 值。

例如：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    unsigned u1 = 0x98765432;
    printf("u1 = 0x%.8X; abs(u1) = 0x%.8X\n", u1, abs(u1));
    unsigned long u2 = 0x9876543201234567UL;
    printf("u2 = 0x%.16lX; abs(u2) = 0x%.16lX\n", u2, labs(u2));
    return 0;
}

当编译为 C 或 C++（在 Mac OS X 10.10.1 Yosemite 上使用 GCC 4.9.1）时，它会产生：

u1 = 0x98765432; abs(u1) = 0x6789ABCE
u2 = 0x9876543201234567; abs(u2) = 0x6789ABCDFEDCBA99

如果设置了无符号值的高位，则abs() 的结果不是传递给函数的值。

减法只是分散注意力；如果结果设置了最高有效位，则从abs() 返回的值将与传递给它的值不同。

---

当您使用 C++ 标头而不是问题中显示的 C 标头编译此代码时，它会因不明确的调用错误而无法编译：

#include <cstdlib>
#include <iostream>
using namespace std;

int main(void)
{
    unsigned u1 = 0x98765432;
    cout << "u1 = 0x" << hex << u1 << "; abs(u1) = 0x" << hex << abs(u1) << "\n";
    unsigned long u2 = 0x9876543201234567UL;
    cout << "u2 = 0x" << hex << u2 << "; abs(u2) = 0x" << hex << abs(u2) << "\n";
    return 0;
}

编译错误：

absuns2.cpp: In function ‘int main()’:
absuns2.cpp:8:72: error: call of overloaded ‘abs(unsigned int&)’ is ambiguous
     cout << "u1 = 0x" << hex << u1 << "; abs(u1) = 0x" << hex << abs(u1) << "\n";
                                                                        ^
absuns2.cpp:8:72: note: candidates are:
In file included from /usr/gcc/v4.9.1/include/c++/4.9.1/cstdlib:72:0,
                 from absuns2.cpp:1:
/usr/include/stdlib.h:129:6: note: int abs(int)
 int  abs(int) __pure2;
      ^
In file included from absuns2.cpp:1:0:
/usr/gcc/v4.9.1/include/c++/4.9.1/cstdlib:174:3: note: long long int std::abs(long long int)
   abs(long long __x) { return __builtin_llabs (__x); }
   ^
/usr/gcc/v4.9.1/include/c++/4.9.1/cstdlib:166:3: note: long int std::abs(long int)
   abs(long __i) { return __builtin_labs(__i); }
   ^
absuns2.cpp:10:72: error: call of overloaded ‘abs(long unsigned int&)’ is ambiguous
     cout << "u2 = 0x" << hex << u2 << "; abs(u2) = 0x" << hex << abs(u2) << "\n";
                                                                        ^
absuns2.cpp:10:72: note: candidates are:
In file included from /usr/gcc/v4.9.1/include/c++/4.9.1/cstdlib:72:0,
                 from absuns2.cpp:1:
/usr/include/stdlib.h:129:6: note: int abs(int)
 int  abs(int) __pure2;
      ^
In file included from absuns2.cpp:1:0:
/usr/gcc/v4.9.1/include/c++/4.9.1/cstdlib:174:3: note: long long int std::abs(long long int)
   abs(long long __x) { return __builtin_llabs (__x); }
   ^
/usr/gcc/v4.9.1/include/c++/4.9.1/cstdlib:166:3: note: long int std::abs(long int)
   abs(long __i) { return __builtin_labs(__i); }
   ^

因此，问题中的代码仅在仅使用 C 样式标头时才能编译；使用 C++ 头文件时它不会编译。如果您添加 <stdlib.h> 和 <cstdlib>，则会有一个额外的重载使调用更加模糊。

如果在对abs() 的调用中添加（不）适当的强制转换，您可以使代码编译，并且有符号数量的绝对值可能与原始有符号数量不同，这不足为奇的消息：

#include <cstdlib>
#include <iostream>
using namespace std;

int main(void)
{
    unsigned u1 = 0x98765432;
    cout << "u1 = 0x" << hex << u1 << "; abs(u1) = 0x" << hex << abs(static_cast<int>(u1)) << "\n";
    unsigned long u2 = 0x9876543201234567UL;
    cout << "u2 = 0x" << hex << u2 << "; abs(u2) = 0x" << hex << abs(static_cast<long>(u2)) << "\n";
    return 0;
}

输出：

u1 = 0x98765432; abs(u1) = 0x6789abce
u2 = 0x9876543201234567; abs(u2) = 0x6789abcdfedcba99

道德：不要使用 C++ 代码中存在 C++ 等效项的 C 头文件；改用 C++ 头文件。

Answer 3

我认为当 c=a-b 为负数时，如果 c 是无符号数，则 c 不是准确的答案。用abs保证c是正数。