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优化正在终止我在Clang6中的整数溢出检查

fixed-point integer-overflow optimization c++11 c++

The Quantum Physicist · 技术社区 · 7 年前

N 作为十进制数处理。这个类是偏执的,会检查溢出,但是当我在发布模式下运行测试时,它们失败了,最后我创建了这个演示问题的最小示例:

#include <iostream>
#include <sstream>

template <typename T, typename U>
typename std::enable_if<std::is_convertible<U, std::string>::value, T>::type 
FromString(U&& str)
{
    std::stringstream ss;
    ss << str;
    T ret;
    ss >> ret;
    return ret;
}

int main()
{
    int NewAccu=32;
    int N=10;

    using T = int64_t;

    T l = 10;
    T r = FromString<T>("1" + std::string(NewAccu - N, '0'));
    if (l == 0 || r == 0) {
        return 0;
    }
    T res = l * r;
    std::cout << l << std::endl;
    std::cout << r << std::endl;
    std::cout << res << std::endl;
    std::cout << (res / l) << std::endl;
    std::cout << std::endl;
    if ((res / l) != r) {
        throw std::runtime_error(
                   "FixedPoint Multiplication Overflow while upscaling [:" + std::to_string(l) + ", " + std::to_string(r) + "]");
    }

    return 0;
}

这发生在Clang 6中,我的版本是:

$ clang++ --version
clang version 6.0.0-1ubuntu2 (tags/RELEASE_600/final)
Target: x86_64-pc-linux-gnu
Thread model: posix
InstalledDir: /usr/bin

这很有趣,因为这是一个令人印象深刻的优化,但这会破坏我的应用程序,并阻止我检测溢出。我能重现这个问题 in g++ here

请注意,异常是在调试模式下抛出的,但不是在发布模式下抛出的。

2 回复 | 直到 7 年前

plasmacel example 7 年前

作为 @罗勒 如上所述,有符号整数溢出是 未定义的行为 ,因此编译器可以以任何方式处理它—甚至可以优化它以获得性能优势。所以呢检测预测整数溢出就在它发生之前。

下面是我对整数乘法溢出预测的实现:

#include <limits>

template <typename T>
bool predict_mul_overflow(T x, T y)
{
    static_assert(std::numeric_limits<T>::is_integer, "predict_mul_overflow expects integral types");

    if constexpr (std::numeric_limits<T>::is_bounded)
    {
        return ((x != T{0}) && ((std::numeric_limits<T>::max() / x) < y));
    }
    else
    {
        return false;
    }
}

函数返回 true 如果整数乘法 x * y 预计将溢出。

请注意 unsigned modular arithmetic signed 溢出是一种 undefined behavior . 然而,所呈现的函数适用于 签署 未签名 T

Basile Starynkevitch 7 年前

如果要检测(已签名) integer overflows (对于标量类型,如 int64_t 或 long

有关GCC,请参阅 integer overflow builtins

整数溢出(普通) int 长的 或其他有符号整数类型)的实例 undefined behavior ,因此编译器可以根据需要对其进行优化。是 scared . 如果你依赖于UB,你就不再需要在标准C++中编码,而且程序绑定到一个特定的编译器和系统,所以不是。 portable 完全没有(甚至对其他编译器、其他编译器版本、其他编译标志、其他计算机和操作系统)。因此,Clang(或GCC)可以针对整数溢出进行优化,有时也可以。

或者考虑使用一些 bignum 包(当然,你不需要处理预定义的C++积分标量类型)。也许 GMPlib .

__int128

我相信当整数溢出发生时,您无法可靠地检测到它们(除非您使用整数溢出内置 ). 您应该避免使用它们(或者使用一些bignum库,或者使用这些内置函数的库,等等)。