为什么要发生整数溢出？

Question

在这个问题中，主题是如何让VS检查C＃中的算术溢出并抛出异常：C# Overflow not Working? How to enable Overflow Checking?

其中一条评论声称有些奇怪并且投票很多，我希望你能在这里帮助我：

  

您还可以使用checked关键字来包装语句或一组语句，以便显式检查它们是否存在算术溢出。设置项目范围的属性有点冒险，因为溢出通常是一个相当合理的期望。

我对硬件知之甚少，但我知道溢出与寄存器的工作方式有关。我一直认为溢出导致未定义的行为，应尽可能防止溢出。 （在“正常”项目中，不编写恶意代码）

为什么你会期望发生溢出？如果有可能，为什么不总是阻止它？ （通过设置相应的编译器选项）

Answer 1

我想要溢出的主要时间是计算哈希码。在那里，结果的实际数值大小根本不重要 - 它实际上只是我用碰巧算术操作的一个模式。

我们检查了Noda Time项目范围内的算法运行 - 我宁愿抛出异常而不是返回错误的数据。我怀疑溢出是非常罕见的......我承认我通常将默认值保留为未经检查的算术，因为它是默认值。当然还有速度惩罚......

Answer 2

  

我一直以为溢出的原因   未定义的行为应该是   尽可能防止。

您可能也对缓冲区溢出（溢出）和数字溢出之间的区别感到困惑。

缓冲区溢出是指数据写入非托管数组的末尾。它可能导致未定义的行为，例如使用用户输入的数据覆盖堆栈上的返回地址。在托管代码中很难做到缓冲区溢出。

然而，数字溢出定义明确。例如，如果您有一个8位寄存器，它只能存储2 ^ 8个值（如果是无符号，则为0到255）。因此，如果你添加100 + 200，你就不会得到300，而是300模数256，这是44。使用签名类型的故事有点复杂;位模式以类似的方式递增，但它们被解释为two's complement，因此添加两个正数可以给出负数。

Answer 3

使用不断递增的计数器进行计算时。一个典型的例子是Environment.TickCount：

int start = Environment.TickCount;
DoSomething();
int end = Environment.TickCount;
int executionTime = end - start;

如果检查过，那么程序在Windows启动27天后就有可能爆炸。当DoSomething运行时，TickCount超过int.MaxValue。 PerformanceCounter是另一个例子。

即使存在溢出，这些类型的计算也会产生准确的结果。第二个例子是你为生成代表性位模式所做的数学运算，你并不真正对准确的结果感兴趣，只是一个可重复的结果。这些例子是校验和，哈希和随机数。

Answer 4

<强>角

溢出的整数是测量角度的优雅工具。你有0 == 0度，0xFFFFFFFF == 359.999 ....度。它非常方便，因为作为32位整数，你可以加/减角度（350度加20度最终溢出环绕回到10度）。您还可以决定将32位整数视为有符号（-180到180度）和无符号（0到360）。 0xFFFFFFF等于-179.999 ...，相当于359.999 ......，这是公平的。非常优雅。

Answer 5

  

如果有可能，为什么不总是阻止它？

默认情况下未启用检查算术的原因是检查算术比未检查算术慢。如果性能对您来说不是问题，那么启用检查算术可能是有意义的，因为发生溢出通常是一个错误。

Answer 6

生成HashCodes时，请从一串字符开始。

Answer 7

这可能与历史有关，与任何技术原因一样。整数溢出通常被依赖于行为的算法（特别是哈希算法）用于良好的效果。

此外，大多数CPU设计为允许溢出，但在此过程中设置进位，这使得更容易在超过自然的字大小上实现添加。在此上下文中实现已检查的操作意味着如果设置了进位标志，则添加代码以引发异常。这不是一个巨大的强加，而是一个编译器编写者可能不想在没有选择的情况下强加给人们的。

替代方法是默认选中，但提供未选中的选项。为什么这不可能也可以追溯到历史。

Answer 8

你可能会期望它是以增量衡量的东西。某些网络设备保持较小的计数器大小，您可以轮询一个值，比如传输的字节数。如果值太大，它只会溢出回零。如果你经常测量它（字节/分钟，字节/小时），它仍会给你一些有用的东西，并且由于计数器通常在连接断开时被清除，所以它们并不完全准确无关紧要。

正如贾斯汀所说，缓冲区溢出是一个不同的鱼。这是你在数组末尾写入内存的地方，你不应该这样做。在数字溢出中，使用相同数量的内存。在缓冲区溢出中，您使用未分配的内存。某些语言会自动阻止缓冲区溢出。

Answer 9

有一个关于程序员在程序设计中利用溢出的经典故事：

The Story of Mel

Answer 10

这与寄存器的工作原理无关，因为它只是存储数据的变量中的内存限制。 （您可以在内存中溢出变量而不会溢出任何寄存器。）

但要回答你的问题，请考虑最简单的校验和。它只是被检查的所有数据的总和。如果校验和溢出，那没关系，并且没有溢出的部分仍然有意义。

其他原因可能包括您只希望程序继续运行，即使无关紧要的变量可能已经溢出。

Answer 11

我可以成像的另一种可能情况是随机数生成算法 - 在这种情况下我们不关心溢出，因为我们想要的只是一个随机数。

Answer 12

整数溢出就像这样。

你有一个8位整数1111 1111，现在加1。 0000 0000，领先1被截断，因为它将处于第9位。

现在说你有一个有符号整数，前导位表示它是负数。所以现在你有0111 1111.加1，你有1000 0000，这是-128。在这种情况下，添加1到127会使其切换为负数。

我非常确定溢出的行为是以明确的方式进行的，但我不确定下溢。

Answer 13

所有整数运算（至少添加减法和乘法）都是精确的。这只是对结果位的解释，您需要注意。在2的补码系统中，您可以得到2位模数的正确结果。有符号和无符号之间的唯一区别是对于有符号数，最高有效位被视为符号位。由程序员决定什么是合适的。显然，对于某些计算，您希望了解溢出并在检测到溢出时采取适当的操作。我个人从来不需要溢出检测。我使用依赖于它的线性同余随机数发生器，即64 * 64位无符号整数乘法，我只关心最低的64位，因为截断，我得到免费的模运算。