如何解决为什么在 C++ 中混合 size_t 和 unsigned int 时模除法会出错
给定一个程序
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
const size_t DoW = 7;
const unsigned int DAYS_OF_WEEK = static_cast<unsigned int> (DoW);
unsigned int dayOfFirstDay = 0;
unsigned int _firstDayOfWeek = 1;
unsigned int diff = (DAYS_OF_WEEK+ (dayOfFirstDay - _firstDayOfWeek) ) % DAYS_OF_WEEK;
cout << "diff = (" << DAYS_OF_WEEK << " + (" << dayOfFirstDay << " - " << _firstDayOfWeek << ")) %" << DAYS_OF_WEEK
<< " = " << diff << endl;
return 0;
}
那个程序的输出是
diff = (7 + (0 - 1)) %7 = 6
这是预期的。但是没有static_cast
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
const size_t DAYS_OF_WEEK = 7;
unsigned int dayOfFirstDay = 0;
unsigned int _firstDayOfWeek = 1;
unsigned int diff = (DAYS_OF_WEEK+ (dayOfFirstDay - _firstDayOfWeek) ) % DAYS_OF_WEEK;
cout << "diff = (" << DAYS_OF_WEEK << " + (" << dayOfFirstDay << " - " << _firstDayOfWeek << ")) %" << DAYS_OF_WEEK
<< " = " << diff << endl;
return 0;
}
diff = (7 + (0 - 1)) %7 = 3
这不是预期的。为什么?
(两个程序都在 Ubuntu 64 位上使用 g++
9.3.0 编译)
解决方法
在您的平台上,size_t
似乎是 64 位,而 unsigned int
是 32 位。
没有 integral promotion 到 64 位1。这就是在表达式中混合 64 位操作数的危险。
所以 -1 的 32 位环绕在转换为 64 位时仍为 4294967295。
我们得到 7 + 4294967295(以 64 位执行)= 4294967302(无环绕)。
4294967302 % 7 = 3
1 除了 (unsigned
) int
本身是 64 位的系统,目前不太可能。
当 size_t
的宽度大于 unsigned int
时,可能会发生这种结果。
unsigned int
和 unsigned int
的减法环绕并产生 unsigned int
。 0 - 1
结果为 -1
,当 0xffffffff
为 4 字节长时,它可能变成 unsigned int
。
然后,将其与另一个 unsigned int
相加将产生 unsigned int
,因此结果看起来像正常的减法和加法。
另一方面,与 size_t
相加将使其在 size_t
域中计算,因此不会发生截断并且值 7 + 0xffffffff
将被分割而不是 {{1} }.
这是一个在除法前检查值的示例代码:
7 - 1
#include <iostream>
#include <ios>
int main()
{
const size_t DoW = 7;
const unsigned int DAYS_OF_WEEK = static_cast<unsigned int> (DoW);
unsigned int dayOfFirstDay = 0;
unsigned int _firstDayOfWeek = 1;
size_t to_add = dayOfFirstDay - _firstDayOfWeek;
size_t diff_uint = DAYS_OF_WEEK+ (dayOfFirstDay - _firstDayOfWeek);
size_t diff_sizet = DoW+ (dayOfFirstDay - _firstDayOfWeek);
std::cout << "sizeof(unsigned int) = " << sizeof(unsigned int) << '\n';
std::cout << "sizeof(size_t) = " << sizeof(size_t) << '\n';
std::cout << std::hex;
std::cout << "to add : 0x" << to_add << '\n';
std::cout << "diff_uint : 0x" << diff_uint << '\n';
std::cout << "diff_sizet : 0x" << diff_sizet << '\n';
return 0;
}
,
dayOfFirstDay - _firstDayOfWeek
是一个 unsigned int
。由于 _firstDayOfWeek
大于 dayOfFirstDay
,该值是下溢并环绕并成为 unsigned int
的最大值。我们将此值称为 max_uint
。
另一方面,DAYS_OF_WEEK
是一个 size_t
,它可能是比 unsigned int
更宽的类型。这意味着 DAYS_OF_WEEK + max_uint
没有溢出。所以你最终计算 max_uint % 7
。但是 max_uint % 7
不 等于 -1
...
尽量减少混淆:
#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
int main() {
printf("0u - 1u = %u\n",0u - 1u);
printf("7u + (0u - 1u) = %u\n",7u + (0u - 1u));
printf("7zu + (0u - 1u) = %zu\n",size_t{7} + (0u - 1u));
}
我得到的输出:
0u - 1u = 4294967295
7u + (0u - 1u) = 6
7zu + (0u - 1u) = 4294967302
如您所见,0u - 1u
导致环绕。将这个巨大的数字添加到 unsigned int
会导致另一个环绕。将它添加到 size_t
并不因为整个值是可表示的。因此,在模数运算符之后您会得到不同的结果。
在这个声明的初始化表达式中
unsigned int diff = (DAYS_OF_WEEK+ (dayOfFirstDay - _firstDayOfWeek) ) % DAYS_OF_WEEK;
子表达式(dayOfFirstDay - _firstDayOfWeek)
等于unsigned int
类型的最大值。
因此在这个子表达式中,当 DAYS_OF_WEEK
的类型为 unsigned int
(DAYS_OF_WEEK+ (dayOfFirstDay - _firstDayOfWeek) )
发生溢出。
当 DAYS_OF_WEEK
的类型为 size_t
时,均未发生溢出。
这就是结果不同的原因。
版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点与技术仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至 dio@foxmail.com 举报,一经查实,本站将立刻删除。