是否有一种可移植的方式来定义 INT_MAX？

Posted 2023-02-16

【中文标题】是否有一种可移植的方式来定义 INT_MAX？

【英文标题】：Is there a portable way to define INT_MAX?

【发布时间】：2013-07-23 02:57:54

【问题描述】：

我在 /usr/include/limits.h 中找到了以下定义：

# define INT_MIN (-INT_MAX - 1)

# define INT_MAX 2147483647

此外，这个头文件中的所有 XXX_MAX 似乎都是从一个数字常量显式定义的。

我想知道是否有一种可移植的方式（针对跨平台的不同字长）来定义 INT_MAX ？

我尝试了以下方法：

~((int)-1)

但这似乎不正确。

简短的解释也受到高度重视。

【问题讨论】：

~((int)-1) 可能为零。

哦，是的！你说的对。但我不明白为什么。你能解释一下吗？非常感谢！

-1 的位模式在二进制补码系统中都是 1。全一字的补码 (~) 是全零字。

太棒了！谢谢！ @CarlNorum

你为什么关心，因为<limits.h> 是在 C99 & C11 & POSIX 标准中指定的？

【参考方案1】：

对于标准头文件limits.h 中的INT_MAX，实现者的双手被这样一个事实束缚住了：它需要在预处理器#if 指令中可用。这排除了任何涉及 sizeof 或演员表的事情。

如果您只想要一个在实际 C 表达式中工作的版本，也许这会工作：

(int)-1U/2 == (int)(-1U/2) ? (int)-1U : (int)(-1U/2)

这里的概念是int可能有与unsigned相同数量的值位，或者少一个值位； C标准允许。为了测试它是什么，检查转换结果(int)-1U。如果-1U 适合int，则其值必须通过强制转换保持不变，因此相等将成立。如果-1U 不适合int，则强制转换会产生int 类型的实现定义结果。但是，无论值是什么，仅根据可能值的范围，相等性将是错误的。

请注意，从技术上讲，转换为int 可能会导致引发实现定义的信号，而不是获得实现定义的值，但是当您处理常量时不会发生这种情况将在编译时评估的表达式。

【讨论】：

我没有看到 C 标准排除无符号类型的值位比相应的有符号类型多 1 个以上，在这种情况下，(int)-1U/2 和 (int)(-1U/2) 都可能导致实现定义的值，可能是同一个。

“预处理器”部分确实令人印象深刻且很有帮助，表达式也是如此。非常感谢！

@caf：确实。可以通过将 2 替换为更大的值（例如 -1U/2+1）来修复测试，但是我没有针对 else 表达式的好方法。当然，您可以将一堆这些链接到您希望看到的位数的合理上限......

还要提到预处理器计算[u]intmax_t 中的所有整数值，这样像这里给出的表达式这样的任何技巧也不起作用，因为当时使用的常量不是正确的类型.

(int)(-1U / 2) != -1U / 2 发现无符号中的值位比有符号的多 1 个以上的情况，但我仍然无法提出 INT_MAX 表达式。

【参考方案2】：

我喜欢这些定义：

#define INT_MIN (1 << (sizeof(int)*CHAR_BIT-1))
#define INT_MAX (-(INT_MIN+1))

【讨论】：

1 << (sizeof(int)*CHAR_BIT-1) 可能“有效”，但根据 C17dr § 6.5.7 4 是 UB

【参考方案3】：

不，因为没有可移植的方法来知道int 和unsigned 之间值位数的差异。

有一种可移植的方式来获取UINT_MAX，即-1u，因为无符号整数是模类型。因此，INT_MAX 的表达式为

(int)(UINT_MAX >> (value_bits<unsigned> - value_bits<int>))

很遗憾，没有办法得到value_bits<unsigned> - value_bits<int>。

在 C++ 中，这似乎可以通过模板元编程实现，从 15 位开始递归。 （范围 [-32767, 32767] 保证可以在 int 中表示。）

template<int bits>
struct max0

    static const int value = max0<bits - 1>::value * 2 + 1;
;

template<>
struct max0<15>

    static const int value = 32767;
;

template<int bits>
struct max1

    static const int value =
        max0<bits + 1>::value > max0<bits>::value ?
        max1<bits + 1>::value :
        max0<bits>::value;
;

#define INT_MAX (max1<15>::value)

但我觉得这有点矫枉过正，并坚持使用编译器定义的 __INT_MAX__ ;(

编辑：糟糕！

max.cpp: In instantiation of 'const int max0<32>::value':
max.cpp:17:51:   recursively required from 'const int max1<16>::value'
max.cpp:17:51:   required from 'const int max1<15>::value'
max.cpp:28:28:   required from here
max.cpp:4:52: warning: integer overflow in expression [-Woverflow]
     static const int value = max0<bits - 1>::value * 2 + 1;
                              ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^~~
max.cpp:4:22: error: overflow in constant expression [-fpermissive]
     static const int value = max0<bits - 1>::value * 2 + 1;
                      ^~~~~
max.cpp:4:22: error: overflow in constant expression [-fpermissive]
max.cpp:4:22: error: overflow in constant expression [-fpermissive]
max.cpp: In instantiation of 'const int max0<914>::value':
max.cpp:17:51:   recursively required from 'const int max1<16>::value'
max.cpp:17:51:   required from 'const int max1<15>::value'
max.cpp:28:28:   required from here
max.cpp:4:52: fatal error: template instantiation depth exceeds maximum of 900 (use -ftemplate-depth= to increase the maximum)
     static const int value = max0<bits - 1>::value * 2 + 1;
                              ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^~~
compilation terminated.

【参考方案4】：

如果我们假设 1 或 2 的补码表示法和 8 位/字节且没有填充：

#define INT_MAX  ((1 << (sizeof(int)*8 - 2)) - 1 + (1 << (sizeof(int)*8 - 2)))

我没有看到班次或加班有任何溢出。我也没有看到UB。我想可以使用CHAR_BIT 而不是 8。

在 1 和 2 的恭维中，最大 int 将是 power(2,(sizeof(int)*Bits_per_byte - 1) - 1。我们将使用 shift 代替 power，但我们不能一次移动 太多。所以我们通过两次做一半来形成power(2,(sizeof(int)*Bits_per_byte - 1)。但是溢出是一个禁忌，所以在添加第二半之前减去 1 而不是在末尾。我使用了很多() 来强调评估顺序。

正如@caf 所指出的，这种方法失败是有填充位 - 不常见但可能。

计算 INT_MIN 在 2 的 和 1 的恭维中工作有点棘手，但类似的方法也可以，但这是另一个问题。

【讨论】：

即使你使用CHAR_BIT，这也没有考虑到填充位的可能性，这是不常见但允许的。

@caf 我确定你是对的。你知道确定填充位数的方法或定义吗？

不常见的填充位的潜在计数和位置可能在理论上排除了制定通用 INT_MAX 公式。

我认为不冒未定义行为的风险是不可能的。

@chux：可以在编译时检测到填充的 int。如果int 有任何填充位，则struct signed int foo:(sizeof(int)*CHAR_BIT-1); ; 是违反约束的。

【参考方案5】：

嗯，可以试试

#define INT_MAX (int) ((unsigned) -1 / 2)

哪个“应该”跨平台工作，字长不同，甚至有符号整数值的不同表示。 (unsigned) -1 将可移植地生成 UINT_MAX 值，这是全比特模式。将其除以 2 应为对应的有符号整数类型的预期最大值，该值用于表示符号的位。

但是为什么呢？标准头文件和其中的定义不应该是可移植的。

顺便说一句，您上面引用的INT_MIN 的定义不可移植。它特定于有符号整数的 2 的补码表示。

【讨论】：

允许有符号类型中的符号位是对应无符号类型中的填充位：int 和unsigned 可以有相同数量的值位，在这种情况下@ 987654327@ 和 INT_MAX 将相等。