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無符號整數(shù)減法是否定義了行為？

無符號整數(shù)減法是否定義了行為？

C
慕尼黑8549860 2019-08-16 16:47:01
無符號整數(shù)減法是否定義了行為？我遇到的代碼來自一個似乎認為在結(jié)果為負時從另一個相同類型的整數(shù)中減去無符號整數(shù)的問題。因此，即使它恰好適用于大多數(shù)體系結(jié)構(gòu)，這樣的代碼也是不正確的。unsigned int To, Tf;To = getcounter();while (1) {     Tf = getcounter();     if ((Tf-To) >= TIME_LIMIT) {         break;     } }這是我能找到的C標準中唯一含糊不清的引用。涉及無符號操作數(shù)的計算永遠不會過度流動，因為無法用結(jié)果無符號整數(shù)類型表示的結(jié)果將以比結(jié)果類型可以表示的最大值大1的數(shù)量為模。我想人們可以接受這個引用來表示當右操作數(shù)較大時，操作被調(diào)整為在模數(shù)截斷數(shù)字的上下文中有意義。即0x0000 - 0x0001 == 0x 1 0000 - 0x0001 == 0xFFFF而不是使用依賴于實現(xiàn)的簽名語義：0x0000 - 0x0001 ==（無符號）（0 + -1）==（0xFFFF但也是0xFFFE或0x8001）哪種或哪種解釋是對的？是否定義了？
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3 回答

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烙印99

TA貢獻1829條經(jīng)驗 獲得超13個贊

在無符號類型中生成負數(shù)的減法結(jié)果是明確定義的：

  1. [...]涉及無符號操作數(shù)的計算永遠不會溢出，因為無法由結(jié)果無符號整數(shù)類型表示的結(jié)果以比模式結(jié)果類型可以表示的最大值大1的數(shù)量減少。（ISO / IEC 9899：1999（E）§6.2.5/ 9）

如您所見，(unsigned)0 - (unsigned)1等于-1模UINT_MAX + 1，或換句話說，UINT_MAX。

請注意，雖然它確實說“涉及無符號操作數(shù)的計算永遠不會溢出”，這可能導致您認為它僅適用于超出上限，但這被表示為句子的實際綁定部分的動機：“a無法用結(jié)果無符號整數(shù)類型表示的結(jié)果以模數(shù)減少為模數(shù)，該數(shù)字大于可由結(jié)果類型表示的最大值。該短語不限于類型上限的溢出，并且同樣適用于太低而無法表示的值。


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反對 回復 2019-08-16
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qq_花開花謝_0

TA貢獻1835條經(jīng)驗 獲得超7個贊


使用無符號類型時，會發(fā)生模運算（也稱為“環(huán)繞”行為）。要理解這種模塊化算法，只需看看這些時鐘：

https://img1.sycdn.imooc.com//5d566db00001701002200096.png

9 + 4 = 1（13 mod 12），所以對另一個方向是：1 - 4 = 9（-3 mod 12）。使用無符號類型時應(yīng)用相同的原則。如果結(jié)果類型是unsigned，則進行模運算。


現(xiàn)在看一下將結(jié)果存儲為以下操作unsigned int：


unsigned int five = 5, seven = 7;

unsigned int a = five - seven;      // a = (-2 % 2^32) = 4294967294 


int one = 1, six = 6;

unsigned int b = one - six;         // b = (-5 % 2^32) = 4294967291

當您想確保結(jié)果是signed，然后將其存儲到signed變量或轉(zhuǎn)換為signed。如果想要獲得數(shù)字之間的差異并確保不應(yīng)用模運算，那么您應(yīng)該考慮使用以下abs()定義的函數(shù)stdlib.h：


int c = five - seven;       // c = -2

int d = abs(five - seven);  // d =  2

要非常小心，特別是在寫條件時，因為：


if (abs(five - seven) < seven)  // = if (2 < 7)

    // ...


if (five - seven < -1)          // = if (-2 < -1)

    // ...


if (one - six < 1)              // = if (-5 < 1)

    // ...


if ((int)(five - seven) < 1)    // = if (-2 < 1)

    // ...

但


if (five - seven < 1)   // = if ((unsigned int)-2 < 1) = if (4294967294 < 1)

    // ...


if (one - six < five)   // = if ((unsigned int)-5 < 5) = if (4294967291 < 5)

    // ...


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反對 回復 2019-08-16
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繁星coding

TA貢獻1797條經(jīng)驗 獲得超4個贊

那么，第一種解釋是正確的。但是，你在這種情況下對“簽名語義”的推理是錯誤的。

再次，你的第一個解釋是正確的。無符號算術(shù)遵循模運算的規(guī)則，這意味著對32位無符號類型0x0000 - 0x0001求值0xFFFF。

但是，第二種解釋（基于“簽名語義”的解釋）也需要產(chǎn)生相同的結(jié)果。即使您0 - 1在簽名類型的域中進行評估并獲得-1作為中間結(jié)果，-1仍然需要0xFFFF在以后將其轉(zhuǎn)換為無符號類型時生成。即使某些平臺對有符號整數(shù)使用奇異表示（1的補碼，有符號幅度），在將有符號整數(shù)值轉(zhuǎn)換為無符號整數(shù)值時，仍需要使用該平臺來應(yīng)用模運算規(guī)則。

例如，這個評估

signed int a = 0, b = 1;unsigned int c = a - b;

仍保證生產(chǎn)UINT_MAX中c，即使該平臺采用異國情調(diào)的代表符號整數(shù)。


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反對 回復 2019-08-16
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