为啥减法与static_cast溢出？

Posted 2023-03-23

【中文标题】为啥减法与static_cast溢出？

【英文标题】：why does subtraction overflow with static_cast?为什么减法与static_cast溢出？

【发布时间】：2017-07-30 17:58:34

【问题描述】：

我知道当s2 更大时s1.size() - s2.size() 下溢，因为它是unsigned 的减法。 为什么将它们转换为int 不会导致整数减法？ 为什么铸造整个事情会给我正确的结果？我希望它评估括号内的内容，然后下溢会给出一个很大的数字，然后转换为 int 不会有任何区别。我错过了什么？

#include <iostream>
#include <string>

using std::cout;
using std::cin;
using std::endl;
using std::string;

bool isShorter(const string &s1, const string &s2) 
    return (static_cast<int>(s1.size()) - s2.size() < 0) ? true : false; // underflows
    //return (static_cast<int>(s1.size() - s2.size()) < 0) ? true : false; // this works


int main()  
    string s, t;
    getline(cin, s);
    getline(cin, t);
    cout << "s: " << s << endl;
    cout << "t: " << t << endl;
    cout << "printing shorter string of the two..." << endl;
    cout << ((isShorter(s, t)) ? s : t) << endl;

【问题讨论】：

你错过了signed + unsigned = unsigned的规则。

另请注意，您可以在完全不进行减法和强制转换的情况下做同样的事情。 return ((s1.size() < s2.size()) ? true : false);

@NathanOliver 或只是 return s1.size() < s2.size();

@power_output 因为它需要static_cast这两个值才能工作

你需要阅读这个en.wikipedia.org/wiki/Two's_complement

【参考方案1】：

当你这样做时

static_cast<int>(s1.size()) - s2.size()

您将s1.size() 转换为int，然后当您从中减去s2.size() 时，int 被提升为与s2.size() 相同的类型，然后将其减去。这意味着你仍然有无符号整数减法，因为它永远不会是负数，它会环绕到一个更大的数字。和s1.size() - s2.size()没什么区别。

你有同样的事情

static_cast<int>(s1.size() - s2.size())

还有可能的有符号整数溢出的额外好处，这是未定义的行为。你仍然在做无符号整数减法，所以如果s1 小于s2，你就可以换成一个大数。

您需要做的是将s1.size() 和s2.size() 都转换为有符号整数类型，以获得有符号整数减法。可能看起来像

static_cast<ptrdiff_t>(s1.size())  - static_cast<ptrdiff_t>(s2.size())

现在如果s1.size() 小于s2.size()，你实际上会得到一个负数。

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需要注意的是，所有这些都可以通过使用小于运算符来避免。您的函数可以重写为

bool isShorter(const string &s1, const string &s2)

    return s1.size() < s2.size();

恕我直言，它更容易阅读和理解。

【参考方案2】：

将“其中之一”转换为 int 会使您得到混合 string::size_type 和 int 的算术运算。在这种混合中，无符号类型与int 具有相同的等级或更高，这意味着无符号类型仍然“获胜”：您的int 被隐式转换回string::size_type，并且计算在@ 的域中执行987654327@。您对int 的转换实际上被忽略了。

同时，将结果转换为int 意味着您正在尝试转换一个不适合int 范围的值。这种情况下的行为是实现定义的。在现实生活中的 2's-complement 实现中，看到表示的简单截断并不罕见，这会产生“正确”的结果。不过，这不是一个好方法。

如果您想将此减法作为有符号数执行，则必须将 both 操作数转换为有符号类型，确保目标有符号类型可以表示这两个值。

（理论上，您可以只将一个操作数转换为有符号类型，但为此您需要选择一种可以表示string::size_type 整个范围的类型。）