如何检查值是否适合类型？

Question

假设我有一个名为 T 的类型名称，它的大小始终为 >= T2 两者都是无符号的。如何检查T 类型的变量a 是否适合T2 而不会溢出，如果它不适合做一些其他操作？我试过检查它是否变成负数，但我不确定这是否是正确的检查方法，如下所示：

T a = ...;
T2 b = a;
if(b < 0) // didn't fit
else // ok, fit

Answer 1

这不起作用：如果 T 和 T2 未签名，b < 0 将始终为 false。

由于这两种类型都是无符号的，因此可以保证溢出会导致回绕（旁注：如果这些是有符号类型，溢出会导致 UB，尽管它通常也会回绕）。因此，您可以使用类似：

T a = ...;
T2 b = a;
if ((T) b != a) {
   /* didn't fit */
}
else { ... }

围绕b 的强制转换不是绝对必要的：如果sizeof(T) > sizeof(T2)，那么通常的算术转换会导致b 在与a 比较之前转换为T。但是，为了清楚起见，我选择明确地将其留在那里。

根据 C99 的第 6.3.1.3 节（参见下面的 cmets），当无符号整数转换为更窄的无符号类型时会发生这种情况：

如果新类型是无符号的，则该值被反复转换 比最大值多加或减一 以新类型表示，直到值在新类型的范围内 输入

这意味着在溢出的情况下，b 在转换回T 时将不等于a。这就是此代码背后的基本原理。此外，它会少于a，因此您可以根据需要将!= 切换为<。

或者，您可以在分配给b 之前检查以确保它适合：

T a = ...;
T2 b;

if (a > (T2)-1) {
    /* won't fit */
}
else {
    /* fits */
}

(T2) -1 是无符号类型T2 可以容纳的最大值。如果a 大于这个值，那么它显然不适合b。要了解为什么 (T2) -1 是可移植的并且始终有效，请参阅以下问题：Is it safe to use -1 to set all bits to true?

Answer 2

因为T2 未签名，您的if (b < 0) 将不工作。以下应该没问题：

    T a = ...;
    T2 b;
    if (a > (T2)-1) // a won't fit into a T2
       //...
    else
       b = a; // safe, no overflow, value unchanged

您需要-1 而不是~0，因为后者是int，如果T2 比int 更宽，则将不起作用。 （但~0LL 将适用于所有常用类型。）

我相信对于一个无符号类型T2，它的最大值总是(T2)-1。来自 C99 标准：

6.3.1.3 有符号和无符号整数

1 当一个整数类型的值被转换为另一个整数类型而不是_Bool时，如果 该值可以用新类型表示，它是不变的。

2 否则，如果新类型是无符号的，则通过重复添加或转换值 比新类型可以表示的最大值减一 直到值在新类型的范围内。⁴⁹⁾

3 否则，新类型是有符号的，值不能在其中表示；无论是 结果是实现定义的或引发了实现定义的信号。

因此，例如，如果T2 的最大值为10，则通过将11 添加到-1 来评估(T2)-1，得到10，根据需要。

另请参阅Question about C behaviour for unsigned integer underflow 和 Is it safe to assign -1 to an unsigned int to get the max value? 和 Signed to unsigned conversion in C - is it always safe?。

Answer 3

T  a = ...;
T2 b = a;
if (b < a) // didn't fit
else // ok, fit

距离你写的内容只有一个字节:-)

这是可行的，因为对于无符号类型，溢出总是会生成一个较小的值，并且比较只会将 b 转换为 T，这是没有问题的。

来自 C99 标准（6.3.1.3 有符号和无符号整数）：

[...] 如果新类型是无符号的，则值为 通过重复加或减一比转换 可以在新类型中表示的最大值，直到该值 在新类型的范围内。

这也意味着 Joseph Quinsey 的解决方案是正确的：您始终可以将 a 与 (T2)-1 进行比较，这可以保证是无符号类型 T2 可以容纳的最大值：

if (a > (T2)-1)) // won't fit

请注意，标准从不提及“尺寸”（除非提及sizeof），以保持通用性。当然，我引用的迭代过程归结为可能在所有当代架构中截断高位，但你永远不知道......

Answer 4

我在这里放置了一些伪代码来提供帮助。通过整理，你应该可以从那个伪代码中得到答案。

您要做的是检查所有位 > T2 中的位数。如果其中任何一个为“1”，则您无法将该特定 T 变量安全地存储在 T2 中。

// If T is an int (32 bits) and T2 is a char (8 bits):
// assume variable a is the integer in question.

int mask = 0;
for (int i = sizeof(T2); i < sizeof(T); ++i)
{
    int mask = 1 << i;
    if (a & mask)
    {
        // if this hits, we have a "1" in that bit, so the value cannot fit.
        return false;
    }
    return true;
}