Question

我有一些金融应用程序的定点实现。它基本上是包装在类中的整数，该类基于将N给定的十进制数作为十进制数进行处理。该类是偏执狂并检查溢出，但是当我在发布模式下运行测试时，它们失败了，最后我创建了这个最小的示例来演示问题：

#include <iostream>
#include <sstream>

template <typename T, typename U>
typename std::enable_if<std::is_convertible<U, std::string>::value, T>::type 
FromString(U&& str)
{
    std::stringstream ss;
    ss << str;
    T ret;
    ss >> ret;
    return ret;
}

int main()
{
    int NewAccu=32;
    int N=10;

    using T = int64_t;

    T l = 10;
    T r = FromString<T>("1" + std::string(NewAccu - N, '0'));
    if (l == 0 || r == 0) {
        return 0;
    }
    T res = l * r;
    std::cout << l << std::endl;
    std::cout << r << std::endl;
    std::cout << res << std::endl;
    std::cout << (res / l) << std::endl;
    std::cout << std::endl;
    if ((res / l) != r) {
        throw std::runtime_error(
                   "FixedPoint Multiplication Overflow while upscaling [:" + std::to_string(l) + ", " + std::to_string(r) + "]");
    }

    return 0;
}

这种情况发生在Clang 6，我的版本是：

$ clang++ --version
clang version 6.0.0-1ubuntu2 (tags/RELEASE_600/final)
Target: x86_64-pc-linux-gnu
Thread model: posix
InstalledDir: /usr/bin

这很有趣，因为它是令人印象深刻的优化，但是这破坏了我的应用程序并阻止了我检测溢出。我能够重现此问题in g++ here。它在那里不会引发异常。

请注意，该异常是在调试模式下引发的，但不在发布模式下。

Answer 1

正如 @Basile 所述，有符号整数溢出是一种未定义的行为，因此编译器可以以任何方式进行处理-甚至对其进行优化以获得性能优势。。因此，检测整数溢出后为时已晚。相反，您应该在整数溢出之前预测。

这是我的整数乘法溢出预测的实现：

#include <limits>

template <typename T>
bool predict_mul_overflow(T x, T y)
{
    static_assert(std::numeric_limits<T>::is_integer, "predict_mul_overflow expects integral types");

    if constexpr (std::numeric_limits<T>::is_bounded)
    {
        return ((x != T{0}) && ((std::numeric_limits<T>::max() / x) < y));
    }
    else
    {
        return false;
    }
}

如果整数乘法true预计会溢出，则函数返回x * y。

请注意，虽然unsigned溢出是根据modular arithmetic定义的，但是signed溢出是undefined behavior。尽管如此，所提供的函数也适用于signed和unsigned T类型。

Answer 2

如果要检测（签名）integer overflows（在标量类型为int64_t或long上），则应使用适当的内置程序，通常是特定于编译器的。

对于GCC，请参阅integer overflow builtins。

整数溢出（在普通int或long或其他有符号整数类型上）是undefined behavior的一个实例，因此编译器可以针对它进行优化。是scared。如果您依赖UB，则不再需要使用标准C ++进行编码，并且您的程序已绑定到特定的编译器和系统，那么根本就不会portable（甚至绑定到其他编译器，其他编译器版本，其他编译标志，其他）。计算机和操作系统）。因此，允许Clang（或GCC）针对整数溢出进行优化，有时甚至可以做到。

或者考虑使用一些bignum包（那么，您当然不只处理预定义的C ++整数标量类型）。也许GMPlib。

如果您的数字适合128位，则可以考虑使用GCC的__int128。

我相信您无法可靠地检测到整数溢出（除非您使用integer overflow builtins）。您应该避免使用它们（或使用某些bignum库或使用这些内置函数的某些库等）。

优化杀死了我在clang 6中的整数溢出检查

2 个答案: