c - 如何在C中实现包装带符号的int加法

这是对问题的完全重写。希望现在已经清楚了。

我想在C中实现一个函数，该函数在溢出的情况下使用包装执行signed int的添加。

我想主要针对x86-64体系结构，但是当然，实现越容易移植就越好。我还主要关心通过gcc，clang，icc以及Windows上使用的任何东西来生成体面的汇编代码。

目标是双重的:

编写不会落入未定义行为黑洞中的正确C代码；

写代码，将其编译为合适的机器代码。

体面的机器代码是指 native 支持该操作的机器上的单个leal或单个addl指令。

我能够满足两个条件之一，但不能同时满足两个条件。

尝试1

我想到的第一个实现是

int add_wrap(int x, int y) {
    return (unsigned) x + (unsigned) y;
}

这似乎适用于gcc，clang和icc。但是，据我所知，C标准没有指定从unsigned int到signed int的转换，从而为实现留有余地(另请参见here)。



我相信大多数(所有？)主要编译器都可以实现从unsigned到int的预期转换，这意味着它们采用正确的代表模数2 ^ N，其中N是位数，但是标准没有规定，因此不能依赖之后(愚蠢的C标准再次出现)。同样，虽然这是在二进制补码机上执行的最简单的操作，但在一个二进制补码机上却是不可能的，因为存在一个无法表示的类:2 ^(N/2)。

尝试2

根据clang docs，可以这样使用__builtin_add_overflow

int add_wrap(int x, int y) {
    int res;
    __builtin_add_overflow(x, y, &res);
    return res;
}

这应该可以解决clang的问题，因为文档明确指出



问题是他们在GCC docs中说



据我所知，从long int转换为int是特定于实现的，因此我看不到有任何保证会导致包装行为的保证。

正如您在[here] [godbolt]中看到的那样，GCC还将生成预期的代码，但是我想确保这并非偶然，并且确实是__builtin_add_overflow规范的一部分。

icc似乎也可以产生一些合理的结果。

这产生了不错的汇编，但是依赖于内在函数，因此它不是真正符合标准的C。

尝试3

遵循SEI CERT C Coding Standard中那些学究的人的建议。

在他们的CERT INT32-C建议中，他们解释了如何提前检查潜在的溢出。以下是他们的建议:

#include <limits.h>

int add_wrap(int x, int y) {
    if ((x > 0) && (y > INT_MAX - x))
        return (x + INT_MIN) + (y + INT_MIN);
    else if ((x < 0) && (y < INT_MIN - x))
        return (x - INT_MIN) + (y - INT_MIN);
    else
        return x + y;
}

该代码执行正确的检查，并使用gcc编译为leal，而不使用clang或icc编译为f。

整个CERT INT32-C建议都是完全垃圾，因为它试图通过迫使程序员执行检查，而该检查首先应作为语言定义的一部分，从而将C转换为“安全”语言。这样做还迫使程序员编写代码，编译器无法再对其进行优化，那么使用C的原因又是什么呢？

编辑

对比在于所生成程序集的兼容性和体面性之间。

例如，对于gcc和clang，应该执行相同操作的以下两个函数被编译为不同的程序集。
两种情况下g都不好，两种情况下addl都很好(jo + addl或cmovnol + jo)。我不知道cmovnol是否比g好，但是函数f始终比ojit_code好。

#include <limits.h>

signed int f(signed int si_a, signed int si_b) {
  signed int sum;
  if (((si_b > 0) && (si_a > (INT_MAX - si_b))) ||
      ((si_b < 0) && (si_a < (INT_MIN - si_b)))) {
    return 0;
  } else {
    return si_a + si_b;
  }
}

signed int g(signed int si_a, signed int si_b) {
  signed int sum;
  if (__builtin_add_overflow(si_a, si_b, &sum)) {
    return 0;
  } else {
    return sum;
  }
}

最佳答案

您完全引用了规则。如果将无符号值转换为有符号值，则结果是实现定义的或引发信号。简而言之，编译器将描述发生的情况。
例如，gcc9.2.0编译器在it's documentation about implementation defined behavior of integers中具有以下内容: