C中的最小值和最大值

Posted 2023-02-14

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【中文标题】C中的最小值和最大值【英文标题】：MIN and MAX in C 【发布时间】：2011-03-27 03:06:08 【问题描述】：

如果有的话，MIN 和 MAX 在 C 中定义在哪里？

实现这些的最佳方法是什么，尽可能通用并尽可能安全地输入？（首选主流编译器的编译器扩展/内置。）

【问题讨论】：

有人可以检查this 并判断它是宏还是函数？我的意思是，在min(x++, y++) 行中，如果我使用这个min，x 和y 会增加一到两次。 【参考方案1】：

如果有的话，MIN 和 MAX 在 C 中定义在哪里？

他们不是。

实现这些的最佳方法是什么，尽可能通用且类型安全（首选主流编译器的编译器扩展/内置）。

作为函数。我不会使用像#define MIN(X, Y) (((X) < (Y)) ? (X) : (Y)) 这样的宏，特别是如果你打算部署你的代码。要么自己编写，要么使用标准 fmax 或 fmin 之类的东西，或者在 GCC statement expression 中使用 GCC's typeof 修复宏（你也可以获得类型安全奖励）：

 #define max(a,b) \
   ( __typeof__ (a) _a = (a); \
       __typeof__ (b) _b = (b); \
     _a > _b ? _a : _b; )

每个人都说“哦，我知道双重评估，这没问题”，几个月后，您将连续数小时调试最愚蠢的问题。

注意使用__typeof__ 而不是typeof：

如果你正在编写一个头文件包含在 ISO C 中时必须工作程序，写__typeof__ 而不是 typeof.

【讨论】：

你知道，如果 gcc 在使用时有类似以下内容的警告会非常方便：warning: expression with side-effects multiply evaluated by macro... @caf：那不是要求预处理器有更复杂的 C 语法知识吗？经过多次尝试，我认为在 VC++ 中没有办法做到这一点，但最好的办法是尝试使用 MSVC++ 2010 新的 decltype 关键字——但即便如此，Visual Studio 不能在宏中执行复合语句（而且decltype 无论如何都是C++），即GCC 的( ... ) 语法，所以我很确定这是不可能的。我没有看过任何其他关于这个问题的编译器，对不起 Luther ：S @dreamlax 我曾经看到一个案例，有人使用MAX(someUpperBound, someRandomFunction()) 将随机值限制在某个上限。这是一个糟糕的想法，但它甚至没有用，因为他使用的 MAX 存在双重评估问题，所以他最终得到的随机数与最初评估的随机数不同。 @Soumen 例如，如果您调用MIN(x++, y++)，预处理器将生成以下代码(((x++) < (y++)) ? (x++) : (y++))。因此，x 和 y 将增加两次。【参考方案2】：

GNU libc (Linux) 和 FreeBSD 版本的sys/param.h 也提供了它，并且具有dreamlax 提供的定义。

在 Debian 上：

$ uname -sr
Linux 2.6.11

$ cat /etc/debian_version
5.0.2

$ egrep 'MIN\(|MAX\(' /usr/include/sys/param.h
#define MIN(a,b) (((a)<(b))?(a):(b))
#define MAX(a,b) (((a)>(b))?(a):(b))

$ head -n 2 /usr/include/sys/param.h | grep GNU
This file is part of the GNU C Library.

在 FreeBSD 上：

$ uname -sr
FreeBSD 5.5-STABLE

$ egrep 'MIN\(|MAX\(' /usr/include/sys/param.h
#define MIN(a,b) (((a)<(b))?(a):(b))
#define MAX(a,b) (((a)>(b))?(a):(b))

源代码库在这里：

GNU C Library FreeBSD

【讨论】：

我在上面的答案中添加了我可以访问的系统的定义（据我所知，评论字段不接受格式）。将尝试找到 FreeBSD/Linux/glibc 源代码库的链接。 +1。很不错。也适用于openSUSE/Linux 3.1.0-1.2-desktop/gcc version 4.6.2 (SUSE Linux)。 :) 不好，它不便携。也适用于 Cygwin。等一下。它不会阻止双重评估，不是吗？ :3【参考方案3】：

C++ 中有std::min 和std::max，但据我所知，C 标准库中没有等价物。您可以使用宏来自己定义它们，例如

#define MAX(x, y) (((x) > (y)) ? (x) : (y))
#define MIN(x, y) (((x) < (y)) ? (x) : (y))

但是如果你写像MAX(++a, ++b)这样的东西，这会导致问题。

【讨论】：

为什么要放太多括号？？？我发现了一个测验，他们说#define MIN(A, B) ((A < B) ? A : B) 不是一种灵活的方式，为什么？？？ @Makouda：宏中的额外括号有助于避免运算符优先级问题。例如，考虑#define MULT(x, y) x * y。然后MULT(a + b, a + b) 扩展为a + b * a + b，由于优先级，它解析为a + (b * a) + b。这可能不是程序员的本意。当 ?: 的优先级最低时不需要 @WingerSendon：它没有；逗号操作符。但是你不能将带有逗号运算符的表达式作为参数传递给宏，除非你把它括起来【参考方案4】：

避免使用非标准编译器扩展并将其实现为纯标准 C (ISO 9899:2011) 中完全类型安全的宏。

解决方案

#define GENERIC_MAX(x, y) ((x) > (y) ? (x) : (y))

#define ENSURE_int(i)   _Generic((i), int:   (i))
#define ENSURE_float(f) _Generic((f), float: (f))


#define MAX(type, x, y) \
  (type)GENERIC_MAX(ENSURE_##type(x), ENSURE_##type(y))

用法

MAX(int, 2, 3)

说明

宏 MAX 基于type 参数创建另一个宏。如果为给定类型实现此控制宏，则用于检查两个参数的类型是否正确。如果不支持type，则会出现编译错误。

如果 x 或 y 的类型不正确，ENSURE_ 宏中将出现编译器错误。如果支持更多类型，则可以添加更多此类宏。我假设只使用算术类型（整数、浮点数、指针等），而不是结构或数组等。

如果所有类型都正确，将调用 GENERIC_MAX 宏。每个宏参数都需要额外的括号，作为编写 C 宏时通常的标准预防措施。

然后是 C 中隐式类型提升的常见问题。?:operator 使第二个和第三个操作数相互平衡。例如，GENERIC_MAX(my_char1, my_char2) 的结果将是 int。为了防止宏进行这种具有潜在危险的类型提升，使用了最终类型转换为预期类型。

基本原理

我们希望宏的两个参数属于同一类型。如果其中一个是不同的类型，则宏不再是类型安全的，因为像 ?: 这样的运算符将产生隐式类型提升。因为它确实如此，所以我们也总是需要将最终结果转换回预期的类型，如上所述。

只有一个参数的宏可以用更简单的方式编写。但是如果有 2 个或更多参数，则需要包含一个额外的类型参数。因为不幸的是，这样的事情是不可能的：

// this won't work
#define MAX(x, y)                                  \
  _Generic((x),                                    \
           int: GENERIC_MAX(x, ENSURE_int(y))      \
           float: GENERIC_MAX(x, ENSURE_float(y))  \
          )

问题是，如果上面的宏被调用为MAX(1, 2) 和两个int，它仍然会尝试宏扩展_Generic 关联列表的所有可能场景。因此ENSURE_float 宏也将得到扩展，即使它与int 无关。而且由于该宏故意只包含float 类型，因此代码不会编译。

为了解决这个问题，我在预处理器阶段创建了宏名称，而是使用 ## 运算符，这样就不会意外扩展宏。

示例

#include <stdio.h>

#define GENERIC_MAX(x, y) ((x) > (y) ? (x) : (y))

#define ENSURE_int(i)   _Generic((i), int:   (i))
#define ENSURE_float(f) _Generic((f), float: (f))


#define MAX(type, x, y) \
  (type)GENERIC_MAX(ENSURE_##type(x), ENSURE_##type(y))

int main (void)

  int    ia = 1,    ib = 2;
  float  fa = 3.0f, fb = 4.0f;
  double da = 5.0,  db = 6.0;

  printf("%d\n", MAX(int,   ia, ib)); // ok
  printf("%f\n", MAX(float, fa, fb)); // ok

//printf("%d\n", MAX(int,   ia, fa));  compiler error, one of the types is wrong
//printf("%f\n", MAX(float, fa, ib));  compiler error, one of the types is wrong
//printf("%f\n", MAX(double, fa, fb)); compiler error, the specified type is wrong
//printf("%f\n", MAX(float, da, db));  compiler error, one of the types is wrong

//printf("%d\n", MAX(unsigned int, ia, ib)); // wont get away with this either
//printf("%d\n", MAX(int32_t, ia, ib)); // wont get away with this either
  return 0;

【讨论】：

顺便说一句，GENERIC_MAX 宏是个坏主意，您只需尝试GENERIC_MAX(var++, 7) 即可找出原因 :-) 如今（尤其是在高度优化/内联编译器的情况下），宏应该很漂亮很多都只能归结为简单的形式。类函数更适合作为函数，值组更适合作为枚举。【参考方案5】：

由于最近的发展，这是一个较晚的答案。由于 OP 接受了依赖于非便携式 GCC（和 clang）扩展 typeof 的答案 - 或 __typeof__ 用于“干净” ISO C - 从 gcc-4.9 开始有更好的解决方案。

#define max(x,y) ( \
     __auto_type __x = (x); __auto_type __y = (y); \
      __x > __y ? __x : __y; )

与__typeof__ 解决方案不同，此扩展的明显好处是每个宏参数只扩展一次。

__auto_type 是 C++11 的 auto 的有限形式。它不能（或不应该？）在 C++ 代码中使用，尽管在使用 C++11 时没有充分的理由不使用 auto 的卓越类型推断功能。

也就是说，我假设当宏包含在extern "C" ... 范围内时，使用此语法没有问题；例如，来自 C 标头。 AFAIK，这个扩展程序没有找到它的方式信息铿锵声

【讨论】：

与Brett Hale's comment相关，clang在2016年左右开始支持__auto_type（见patch）。感谢您认识到宏观问题，但我仍然认为函数可能会更好:-) @paxdiablo - 我同意，虽然这个问题有 c-preprocessor 标签。即使使用上述关键字，也不能保证内联函数，除非使用 gcc 的 __always_inline__ 属性。这仍然使用 GCC（和 clang）( ... ) 扩展。我不认为它比带有typeof（带或不带下划线）的版本更便携。【参考方案6】：

我不认为它们是标准化的宏。已经有用于浮点的标准化函数，fmax 和 fmin（fmaxf 用于浮点，fmaxl 用于长双精度）。

只要您意识到副作用/双重评估的问题，您就可以将它们实现为宏。

#define MAX(a,b) ((a) > (b) ? a : b)
#define MIN(a,b) ((a) < (b) ? a : b)

在大多数情况下，您可以将其留给编译器来确定您要执行的操作并尽可能优化它。虽然这在使用 MAX(i++, j++) 时会引起问题，但我怀疑是否有必要一次性检查增量值的最大值。先增加，再检查。

【讨论】：

这应该是首选答案，因为数学库中显然有 min 和 max 函数：cplusplus.com/reference/cmath/fmax @imranal 你到底在说什么？那些库的实现代码？但是该代码没有公开，即他们没有将其放置在库的接口中，这可能是不安全的。 @Antonio 我认为您对“暴露”和“界面”的定义不正确。 c 库的接口是头文件中的外部变量、类型、宏和函数声明； fmin/fmax 在头文件中声明，因此它们被称为暴露。不过，我不确定您所说的不安全。【参考方案7】：

@David Titarenco nailed it here，但让我至少清理一下让它看起来不错，并同时显示min() 和 max()，以便从这里复制和粘贴更容易。 :)

2020 年 4 月 25 日更新：我还添加了第 3 节来展示如何使用 C++ 模板完成此操作，作为对同时学习 C 和 C++ 或从一种过渡到另一种的人进行有价值的比较。我已尽我最大的努力做到彻底、真实和正确，以使这个答案成为我可以一次又一次地回顾的规范参考，我希望你发现它和我一样有用。

1。旧的 C 宏方式：

这种技术很常用，受到那些知道如何正确使用它的人的推崇，这是“事实上的”做事方式，如果使用得当，也可以很好地使用，但是有缺陷（想一想：double-evaluation side effect) 如果你曾传递 包括变量赋值的表达式 进行比较：

#define MAX(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
#define MIN(a,b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

2。新改进的 gcc "statement expression" 方式：

这种技术避免了上述“双重评估”的副作用和错误，因此被认为是更好、更安全和“更现代”的 GCC C 方法。期望它可以与 gcc 和 clang 编译器一起使用，因为 clang 在设计上是与 gcc 兼容的（请参阅此答案底部的 clang 注释）。

但是：请注意“variable shadowing”效果，因为语句表达式显然是内联的，因此没有自己的局部变量范围！

#define max(a,b)             \
(                           \
    __typeof__ (a) _a = (a); \
    __typeof__ (b) _b = (b); \
    _a > _b ? _a : _b;       \
)

#define min(a,b)             \
(                           \
    __typeof__ (a) _a = (a); \
    __typeof__ (b) _b = (b); \
    _a < _b ? _a : _b;       \
)

请注意，在 gcc 语句表达式中，代码块中的 最后一个表达式 是从表达式“返回”的内容，就好像它是从函数返回的一样。 GCC's documentation 是这样说的：

复合语句中的最后一件事应该是一个表达式，后跟一个分号；此子表达式的值用作整个构造的值。（如果您在大括号中最后使用某种其他类型的语句，则该构造的类型为 void，因此实际上没有值。）

3。 C++模板方式：

C++ 注意：如果使用 C++，可能建议将模板用于这种类型的构造，但我个人不喜欢模板，并且可能会在 C++ 中使用上述构造之一，因为我经常使用并更喜欢 C 样式在嵌入式 C++ 中也是如此。

此部分于 2020 年 4 月 25 日添加：

在过去的几个月里，我一直在做大量的 C++，并且在 C++ 社区中，如果可以的话，更喜欢模板而不是宏的压力非常大。结果，我在使用模板方面做得越来越好，并希望在此处放入 C++ 模板版本以保持完整性，并使其成为更规范和彻底的答案。

这是max() 和min() 的基本函数模板 版本在C++ 中的样子：

template <typename T>
T max(T a, T b)

    return a > b ? a : b;


template <typename T>
T min(T a, T b)

    return a < b ? a : b;

在此处阅读有关 C++ 模板的更多信息：Wikipedia: Template (C++)。

但是，max() 和 min() 都已经是 C++ 标准库的一部分，位于 <algorithm> 标头 (#include <algorithm>) 中。在 C++ 标准库中，它们的定义与我在上面的定义略有不同。 std::max<>() 和 std::min<>() 的默认原型，例如，在 C++14 中，在上面的 cplusplus.com 链接中查看它们的原型，是：

template <class T> 
constexpr const T& max(const T& a, const T& b);

template <class T> 
constexpr const T& min(const T& a, const T& b);

请注意，关键字typename 是class 的别名（因此无论您说<typename T> 还是<class T>，它们的用法都是相同的），因为它后来在C++ 模板发明后得到承认，模板类型可能是常规类型（int、float 等）而不仅仅是类类型。

在这里你可以看到输入类型和返回类型都是const T&，意思是“对T类型的持续引用”。这意味着输入参数和返回值是按引用传递，而不是按值传递。这就像通过指针传递，并且对于大型类型（例如类对象）更有效。函数 modifies the function itself 的 constexpr 部分表示函数必须能够在编译时进行评估（至少如果提供了constexpr 输入参数），但如果它不能在编译时评估，然后它默认返回到运行时评估，就像任何其他普通函数一样。

constexpr C++ 函数的编译时方面使它有点像 C 宏，如果 constexpr 函数可以进行编译时评估，它将在编译时完成，与 MIN() 或 MAX() 宏替换相同，也可能在 C 或 C++ 的编译时完全评估。有关此 C++ 模板信息的其他参考，请参见下文。

参考资料：

html

Clang 注释from Wikipedia:

[Clang] 旨在充当 GNU 编译器集合 (GCC) 的直接替代品，支持其大部分编译标志和非官方语言扩展。

旧 GCC 扩展：运算符 `<?, >?, <?=, >?=`

在一个非常旧的 GCC 版本中，有运算符 <?, >?（参见 here，这里是 C++，但我认为它当时也用作 C 扩展）我也见过赋值语句对应的运算符<?=, >?=。

操作数被评估一次，甚至允许一个非常短的赋值语句。与常见的最小/最大分配相比，它非常短。没有什么比这更重要的了。

这些是以下内容的简写：

min(a, b)   ===   a < b ? a : b   ===   a <? b;
max(a, b)   ===   a > b ? a : b   ===   a >? b;
a = min(a, b);   ===   if(b < a) a = b;   ===   a <?= b;
a = max(a, b);   ===   if(b > a) a = b;   ===   a >?= b;

求最小值非常简洁：

int find_min(const int* ints, int num_ints)

    assert(num_ints > 0);
    int min = ints[0];
    for(int i = 1; i < num_ints; ++i)
        min <?= ints[i];
    return min;

我希望有朝一日这可能会带回 GCC，因为我认为这些运营商是天才。

【讨论】：

【参考方案14】：

a 和b 两个整数的最大值为(int)(0.5((a+b)+abs(a-b)))。这也可以与 (double) 和 fabs(a-b) 一起用于双打（类似于浮点数）

【讨论】：

我不确定它是否适用于非整数。浮点数学具有非线性精度。扩展@Treesrule14 的评论：这不起作用，因为计算机不像数学家那样对待数字。浮点数存在舍入问题，因此您不太可能得到正确答案。即使您使用整数数学，MAX_INT+MAX_INT 也会给出 -2，因此使用您的公式的 max(MAX_INT, MAX_INT) 会得出 -1。【参考方案15】：

最简单的方法是将其定义为.h 文件中的全局函数，并在您需要时调用它，如果您的程序是具有大量文件的模块化程序。如果没有，double MIN(a,b)return (a<b?a:b) 是最简单的方法。

【讨论】：

@technosaurus，你的回复真的没有帮助。 Tur1ing，似乎函数定义完全错误（输入参数上缺少类型，return 语句后缺少分号），并且将 int 输入转换为 double 是一种糟糕的处理方式，因此类型不应该是 double。在这里定义或语句表达式会更好（例如：see here），但如果是函数，请考虑为 int32_t 类型创建一个函数，为 uint32_t 类型创建一个函数，为 float 或 double 类型创建一个函数，总共3 种不同的功能。 @GabrielStaples 这个答案应该被标记为不是答案——没有任何帮助。虽然它可以作为一个例子，说明如何在最小的空间中犯最大的错误。在头文件中推荐全局函数（甚至不是静态内联？）将破坏具有 2 个以上编译单元的代码，甚至无法编译，将函数命名为宏，隐含的整数（如 1989 年），无缘无故返回双精度数，隐含最多会导致警告的强制转换......最重要的是它没有回答问题 - 不是通用的，不是类型安全的，而且绝对不是最好的方法这些问题中的每一个都值得进一步批评，但无法详细说明。

以上是关于C中的最小值和最大值的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

c_cpp 使用分而治之的方法查找未排序数组中的最小值和最大值

C中数据类型的最小值和最大值

在 C 中使用 pthread 的数组的最小值和最大值

如何使用c＃设置日期时间图表的最小值和最大值？

最小值和最大值的八度代码以及查找索引

如何在 1 个查询中从 Mongo DB 获取最小值和最大值？ C＃

C中的最小值和最大值

1。旧的 C 宏方式：

2。新改进的 gcc "statement expression" 方式：

3。 C++模板方式：

参考资料：

相关：

旧 GCC 扩展：运算符 &lt;?, &gt;?, &lt;?=, &gt;?=

旧 GCC 扩展：运算符 `<?, >?, <?=, >?=`