C++ for 循环中的无符号整数答案

【问题标题】：Unsigned integers in C++ for loopsC++ for 循环中的无符号整数
【发布时间】：2012-02-21 01:51:49
【问题描述】：

我对 Stackoverflow 进行了一些关于 C++ 中使用无符号整数而不是有符号整数的反向循环的研究。但我仍然不明白为什么会出现问题（请参阅Unsigned int reverse iteration with for loops）。为什么下面的代码会产生分段错误？

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

int main(void)
{
    vector<double> x(10);

    for (unsigned int i = 9; i >= 0; i--)
    {
        cout << "i= " << i << endl;
        x[i] = 1.0;
    }

    cout << "x0= " << x[0] << endl;

    return 0;
}

我知道问题在于索引 i 何时将等于 0，因为存在类似溢出的情况。但我认为允许无符号整数取零值，不是吗？现在如果我用有符号整数替换它，绝对没有问题。

有人可以用无符号整数向我解释那个反向循环背后的机制吗？

非常感谢！

【问题讨论】：

i >= 0 对于未签名的i 始终为真，因此循环永远不会终止。
阅读编译器警告，它们很有用。在这种情况下，您的编译器可能应该警告您循环中的条件始终为真这一事实。
@dragonroot：不幸的是没有。我使用 g++ 的 -Wall 标志。您知道可以检测到此类问题的编译器标志吗？谢谢。
@dragonroot：我已经启用了这些警告，但编译器没有告诉我任何信息。

标签： c++ for-loop unsigned-integer

【解决方案1】：

这里的问题是无符号整数永远不会是负数。

因此，循环测试：

i >= 0

永远是真的。这样你就得到了一个无限循环。

当它低于零时，它会回绕到最大值unsigned 值。
因此，您还将越界访问x[i]。

这对于有符号整数来说不是问题，因为它只会变成负数，因此会失败i >= 0。

因此，如果您想使用无符号整数，您可以尝试以下一种可能性：

for (unsigned int i = 9; i-- != 0; )

和

for (unsigned int i = 9; i != -1; i--)

这两个是由 cmets 的 GManNickG 和 AndreyT 建议的。

这是我原来的 3 个版本：

for (unsigned int i = 9; i != (unsigned)0 - 1; i--)

或

for (unsigned int i = 9; i != ~(unsigned)0; i--)

或

for (unsigned int i = 9; i != UINT_MAX; i--)

【讨论】：

@josefx 只有有符号整数上溢/下溢是未定义的行为。
或for (unsigned int i = 9; i-- != 0; )
@GManNickG 哈。我从未考虑过将减量倾倒到测试中。 :)
我不确定所有这些复杂条件的目的是什么。你可以简单地做for (unsigned int i = 9; i != -1; i--)。不需要任何演员表。与-1 的直接比较将自动执行所有必要的转换。 -1 在这种情况下等同于UINT_MAX，但-1 更好，因为它与类型无关。
@GManNickG 的答案很简洁，但它需要从 10 开始，而不是 9 for (unsigned int i = 10; i-- != 0; )

【解决方案2】：

问题是，您的循环允许 i 低至零，并且只希望在 i 小于 0 时退出循环。由于 i 是无符号的，它永远不会小于 0。它会翻转到 2^ 32-1。这大于向量的大小，因此会导致段错误。

【讨论】：

【解决方案3】：

无论unsigned int i 的值是多少，i >= 0 总是正确的，所以你的for 循环永远不会结束。

换句话说，如果在某个时刻i 为 0，而您将其递减，它仍然保持非负数，因为它包含一个巨大的数字，可能是 4294967295（即 2³² -1)。

【讨论】：

【解决方案4】：

问题出在这里：

for (unsigned int i = 9; i >= 0; i--)

对于 unsigned int，您从值 9 开始，并且您的退出定义是 i >= 0，这将始终是正确的。（unsigned int 永远不会是负数！！！）。因此，您的循环将重新开始（无限循环，因为 i=0 然后 -1 变为最大 uint）。

【讨论】：

【解决方案5】：

正如你所说，在循环的最后一步之后发生的无符号数减少到零以下，会产生溢出，数字会回绕到最大值，因此我们最终会出现无限循环。

有人可以用无符号整数向我解释那个反向循环背后的机制吗？

对于带索引的反向循环，我首选的方法是：

for (unsigned int i = 9; i > 0; --i) {
    cout << "i= " << x[i - 1] << endl;
}

这就是为什么因为它最接近地映射到正常循环等效项：

for (unsigned int i = 0; i < 9; ++i) {
    cout << "i= " << x[i] << endl;
}

如果你需要多次访问索引元素并且你不想连续写 [i - 1]，你可以在循环的第一行添加这样的内容：

auto& my_element = my_vector[i - 1];

【讨论】：