定位因整数除法导致的数值错误

Posted 2023-02-16

【中文标题】定位因整数除法导致的数值错误

【英文标题】：Locating numerical errors due to Integer division

【发布时间】：2011-05-20 19:46:04

【问题描述】：

是否有 g++ 警告或其他工具可以识别整数除法（向零截断）？我有数千行代码的计算不可避免地会出现数字错误，通常是由于需要定位的“float = int/int”。我需要一个合理的方法来找到这些。

【问题讨论】：

有操作系统限制吗？ （用于静态分析工具推荐）。

目前使用 Debian 5.06，近期可能会使用 6.01。

我使用 gcc，但我找不到任何警告可以捕捉到这个 `double alpha = 4/9/M_PI;. I tried -Wall, -Wextra` 和 -Wconversion .在我看来，涉及浮点数和整数除法的表达式应该给出警告。

【参考方案1】：

试试-Wconversion。

来自 gcc 的手册页：

对可能的隐式转换发出警告 改变一个值。这包括 实数和整数之间的转换， 当“x”为“double”时，如“abs (x)”； 签名和之间的转换 无符号，如“无符号 ui = -1”；和 转换为较小的类型，例如 “sqrtf (M_PI)”。不要警告 像“abs ((int) x)”这样的显式转换 和“ui = (unsigned) -1”，或者如果 值不会因转换而改变 就像在“abs (2.0)”中一样。关于警告 签名和之间的转换 无符号整数可以通过 使用 -Wno-sign-conversion。

对于 C++，还警告转换 在“NULL”和非指针类型之间； 令人困惑的重载解决方案 用户定义的转换；和 永远不会使用类型的转换 转换运算符：转换为 “void”，相同类型，基类或 对他们的引用。关于警告 签名和之间的转换 无符号整数被禁用 C++ 中的默认值，除非 -Wsign-conversion 已显式启用。

对于以下示例程序 (test.cpp)，我收到错误 test.cpp: In function ‘int main()’: test.cpp:7: warning: conversion to ‘float’ from ‘int’ may alter its value。

#include <iostream>

int main()

    int a = 2;
    int b = 3;
    float f = a / b;

    std::cout << f;

    return 0;

【讨论】：

我之前尝试过这个警告，但不幸的是，代码中有太多隐式转换，因此无法挑选出与整数除法相关的转换。在进行任何类型的代码清理之前，我需要解决数字错误，这将使 Wconversion 在这种情况下有用。

如果你有那么多转换错误，为什么不直接通过grep 过滤它们并过滤float？

【参考方案2】：

我很难说出这些数字错误。您要求进行整数计算，并获得了正确的整数计算数字。如果这些数字不可接受，则要求进行浮点计算：

int x = 3;
int y = 10;

int z = x / y;

// "1." is the same thing as "1.0", you may want to read up on
// "the usual arithmetic conversions."  You could add some
// parentheses here, but they aren't needed for this specific
// statement.
double zz = 1. * x / y;

【讨论】：

是的，完全正确。与数字错误相比，它们更准确地称为“不正确的类型选择”。

【参考方案3】：

This page contains info about g++ warnings. If you've already tried -Wall then the only thing left could be the warnings in this link. On second look -Wconversion might do the trick.

注意：完全编辑了响应。

【讨论】：

重载仅涉及原始类型的运算符是非法的；即，重载必须涉及至少一个 UDT。

【参考方案4】：

对-Wconversion 的gcc 的备注：

将浮点变量的类型从 float 更改为 double 会使警告消失：

$ cat 'file.cpp'

#include <iostream>

int main()

   int a = 2;
   int b = 3;
   double f = a / b;

   std::cout << f;

使用$ g++-4.7 -Wconversion 'file.cpp' 编译不会返回任何警告（如$ clang++ -Weverything 'file.cpp'）。

解释：

使用类型 float 时的警告不会返回，因为整数算术完全有效，而是因为 float 无法存储 int 的所有可能值（float 无法捕获更大的值，而是 @ 987654339@)。因此，在浮点数的情况下将 RHS 分配给 f 时，值可能会发生变化，但在双精度数的情况下则不会。说清楚：警告不是因为int/int而返回的，而是因为分配float = int。

为此，请参阅以下问题：what the difference between the float and integer data type when the size is same in java、Storing ints as floats 和 Rounding to use for int -> float -> int round trip conversion

但是，当使用float -Wconversion 时，仍然可以用于识别可能受影响的行，但并不全面，实际上并不适用于此。对于-Wconversion，请参阅docs/gcc/Warning-Options.html 和此处gcc.gnu.org/wiki/NewWconversion

可能感兴趣的还关注讨论'Implicit casting Integer calculation to float in C++'

【参考方案5】：

找到此类错误的最佳方法是进行非常好的单元测试。所有替代品都不够好。

【参考方案6】：

看看这个clang-tidy detection。

它会捕获这样的情况：

d = 32 * 8 / (2 + i);
d = 8 * floatFunc(1 + 7 / 2);
d = i / (1 << 4);