`strtoul()` 对于非常“负”的字符串，正确的返回值是多少？

Question

这是It’s OK to Ask and Answer Your Own Questions。 我研究了这个问题，发现结果很奇怪，并发布了我的发现。

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从strtoul()：1、ULONG_MAX 或什么的“非常负”字符串应该返回什么值？

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strtol()

对于表示数值的字符串，如"123"，strtol() 的行为与预期一致。字符串（蓝色）[LONG_MIN ... LONG_MAX] 转换为其预期的long 值。 LONG_MAX 上方的字符串（黄色）转换为LONG_MAX 并设置errno==ERANGE。 LONG_MIN 下面的字符串转换为LONG_MIN 并设置errno==ERANGE。

strtoul()正面

对于表示数值的字符串，如"123"，strtoul() 的行为也符合预期。字符串（红色）[0 ... ULONG_MAX] 转换为其预期的 unsigned long 值。 ULONG_MAX 上方的字符串（绿色）转换为ULONG_MAX 并设置errno==ERANGE。

如果主题序列以减号开头，则转换产生的值被取反（在返回类型中）。 C17dr § 7.22.1.4 5

strtoul()否定

对于字符串（红色）[-ULONG_MAX ... -1]，转换否定正转换并添加 ULONG_MAX + 1（就像将负值分配给 unsigned 的典型分配）并且不设置 errno .这有点令人惊讶，但这就是规范的定义。

strtoul() 非常消极 - 问题

对于小于-ULONG_MAX 的字符串（绿色），我希望将转换处理为上述较小的负值：转换否定正转换（ULONG_MAX 由于溢出）并添加ULONG_MAX + 1。预期结果1（或者可能是0）和errno == ERANGE。然而，锻炼strtoul() 导致ULONG_MAX。

什么是正确的？

测试代码

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

long strtol_test(const char *s, int base) {
  printf("\n");
  int width = snprintf(NULL, 0, "%ld", LONG_MIN);
  printf("base:%2d \"%s\"\n", base, s);

  char *endptr_signed;
  errno = 0;
  long val_signed = strtol(s, &endptr_signed, base);
  int errno_signed = errno;

  char *endptr_unsigned;
  errno = 0;
  unsigned long val_unsigned = strtoul(s, &endptr_unsigned, base);
  int errno_unsigned = errno;

  if (val_signed < 0 || (unsigned long) val_signed != val_unsigned
      || endptr_signed != endptr_unsigned || errno_signed != errno_unsigned) {
    printf("  signed  val:%*ld end:%2td e:%s\n", width, val_signed,
        endptr_signed - s, strerror(errno_signed));
    printf("unsigned  val:%*lu end:%2td e:%s\n", width, val_unsigned,
        endptr_unsigned - s, strerror(errno_unsigned));
    return 1;
  }

  printf("    both  val:%*ld end:%2td e:%s\n", width, val_signed,
      endptr_signed - s, strerror(errno_signed));
  return 0;
}

int main() {
  char s[][50] = {"-ULONG_MAX1", "-ULONG_MAX", "LONG_MIN1", "LONG_MIN", "-1",
      "-0", "42", "LONG_MAX", "LONG_MAX1", "ULONG_MAX", "ULONG_MAX1", "x"};
  snprintf(s[0], sizeof *s, "-%lu", ULONG_MAX);
  s[0][strlen(s[0]) - 1]++;
  snprintf(s[1], sizeof *s, "-%lu", ULONG_MAX);
  snprintf(s[2], sizeof *s, "%ld", LONG_MIN);
  s[2][strlen(s[2]) - 1]++;
  snprintf(s[3], sizeof *s, "%ld", LONG_MIN);

  snprintf(s[7], sizeof *s, "%ld", LONG_MAX);
  snprintf(s[8], sizeof *s, "%ld", LONG_MAX);
  s[8][strlen(s[8]) - 1]++;
  snprintf(s[9], sizeof *s, "%lu", ULONG_MAX);
  snprintf(s[10], sizeof *s, "%lu", ULONG_MAX);
  s[10][strlen(s[10]) - 1]++;

  strcpy(s[11], s[0]);
  s[11][strlen(s[11]) - 1]++;

  int n = sizeof s / sizeof s[0];
  for (int i = 0; i < n; i++) {
    strtol_test(s[i], 0);
  }
}

样本输出

base: 0 "-18446744073709551616"
  signed  val:-9223372036854775808 end:21 e:Numerical result out of range
unsigned  val:18446744073709551615 end:21 e:Numerical result out of range

base: 0 "-18446744073709551615"
  signed  val:-9223372036854775808 end:21 e:Numerical result out of range
unsigned  val:                   1 end:21 e:No error

base: 0 "-9223372036854775809"
  signed  val:-9223372036854775808 end:20 e:Numerical result out of range
unsigned  val: 9223372036854775807 end:20 e:No error

base: 0 "-9223372036854775808"
  signed  val:-9223372036854775808 end:20 e:No error
unsigned  val: 9223372036854775808 end:20 e:No error

base: 0 "-1"
  signed  val:                  -1 end: 2 e:No error
unsigned  val:18446744073709551615 end: 2 e:No error

base: 0 "-0"
    both  val:                   0 end: 2 e:No error

base: 0 "42"
    both  val:                  42 end: 2 e:No error

base: 0 "9223372036854775807"
    both  val: 9223372036854775807 end:19 e:No error

base: 0 "9223372036854775808"
  signed  val: 9223372036854775807 end:19 e:Numerical result out of range
unsigned  val: 9223372036854775808 end:19 e:No error

base: 0 "18446744073709551615"
  signed  val: 9223372036854775807 end:20 e:Numerical result out of range
unsigned  val:18446744073709551615 end:20 e:No error

base: 0 "18446744073709551616"
  signed  val: 9223372036854775807 end:20 e:Numerical result out of range
unsigned  val:18446744073709551615 end:20 e:Numerical result out of range

base: 0 "-18446744073709551617"
  signed  val:-9223372036854775808 end:21 e:Numerical result out of range
unsigned  val:18446744073709551615 end:21 e:Numerical result out of range

Answer 1

对于strtoul()，范围错误结果始终为ULONG_MAX。

这很简单，对于像"-18446744073709551616" 这样的字符串，由于正确的（正）值在范围之外，所以返回ULONG_MAX 并将errno 设置为ERANGE。没有规定 strtoul() 提供任何其他答案的范围错误。

...如果正确的值超出了可表示值的范围，...ULONG_MAX，...返回（根据返回类型和值的符号，如果有的话），并且宏 ERANGE 存储在 errno 中。 C17dr § 7.22.1.4 8

因此，当字符串在 [-ULONG_MAX ... +ULONG_MAX] 范围内时，strtoul() 会生成一个非错误值。转换后的结果是unsigned long [0 ... ULONG_MAX]。错误结果始终为ULONG_MAX。