Question

以下（C99和更新版本）代码想要计算一个正方形，限制为与原始固定宽度类型相同的位数。

    #include <stdint.h>
     uint8_t  sqr8( uint8_t x) { return x*x; }
    uint16_t sqr16(uint16_t x) { return x*x; }
    uint32_t sqr32(uint32_t x) { return x*x; }
    uint64_t sqr64(uint64_t x) { return x*x; }

问题是：取决于int大小，可以对提升为（signed）int的参数执行一些乘法，结果溢出（signed）int，因此就标准而言是未定义的结果;并且可以想象错误的结果，特别是在（越来越罕见的）没有使用two's complement的机器上。

如果int是32位（分别为16位，64位，80位或128位），则会发生sqr16（分别为sqr8，{{ 1 {}，sqr32）当sqr64为x时（分别为0xFFFFF，0xFF，0xFFFFFFFF）。 4个功能都不能在C99下正式移植!!

C11或更高版本，或某些版本的C ++，是否解决了这种不幸的情况？

一个简单，有效的解决方案是：

0xFFFFFFFFFFFFFFFF

这符合标准，因为#include <stdint.h> uint8_t sqr8( uint8_t x) { return 1u*x*x; } uint16_t sqr16(uint16_t x) { return 1u*x*x; } uint32_t sqr32(uint32_t x) { return 1u*x*x; } uint64_t sqr64(uint64_t x) { return 1u*x*x; }未升级为1u且仍未签名;因此，左乘法，然后是右乘，则作为无符号执行，因此被很好地定义以在必要数量的低位中产生正确的结果;对于结果宽度的最终隐式强制转换也是如此。

更新：正如comment by Marc Glisse中的建议，我尝试了这个变体有八个编译器（三个版本的GCC用于x86，从3.1开始，MS C / C ++ 19.00，Keil ARM编译器5，两个用于ST7变体的Cosmic编译器，Microchip MCC18）。它们都生成了与原始代码完全相同的代码（我在实际项目的发布模式中使用了优化）。但是，编译器可能会产生比原始代码更糟糕的代码;我还有其他几个嵌入式编译器，包括一些68K和PowerPC。

我们还有哪些其他选择，在可能更好的性能，可读性和简单性之间取得合理的平衡？

Answer 1

您已在False中确定了整数类型别名的基本缺点：它们不包含有关类型转换排名的任何信息。因此，您无法控制这些类型的值是否经过整体促销，并且正如您正确观察到的，当整数提升导致签名类型时，表达式可能具有未定义的行为。

简而言之：您不能使用别名类型来执行通常的算术运算模2 ^N。您需要使用其（已知！）转换排名至少为0的类型。

解决方案通常是将您的操作数转换为<stdint.h>，int或unsigned int的最小值（假设您的平台没有扩展的整数类型），然后计算表达式，然后转换回原始类型（具有正确的模块行为）。在C ++中，您可以编写一个类型特征，以便携方式确定正确的类型。

作为一个更便宜的技巧，再次假设缺少（更宽）扩展的整数类型，你可以将所有内容提升为unsigned long int，并希望你的编译器以有效的方式进行计算。

Answer 2

对于较窄的无符号类型，您无法避免对int进行不可避免的类型提升。

它更多地是乘法运算符的属性而不是其他任何东西。

为了避免未定义的行为极端情况，你可以做的唯一事情是从不使用无符号类型时的乘法，其中最大的平方可以溢出{ {1}}。

幸运的是（除非您在嵌入式世界中工作，否则您可以随时查阅文档以了解具体行为），您可以在很大程度上将int委托给历史记录：unsigned short及其int表弟很可能不会慢，也可能更快。

如何在固定宽度类型上强制无符号算术？

2 个答案: