防止算術上溢和下溢的單一最有效的做法

Question

防止arithmetic overflow和underflow的單一最有效的做法是什麼？

浮現在腦海中的一些例子是：基於有效輸入

• 測試採用正規方法
• 使用不變量使用的語言特性和庫在運行時
• 檢測（此範圍
• 驗證不妨礙它）

Answer 1

一種可能性是使用任意si不會溢出/下溢的整數。否則，如果這是你真正關心的事情，並且如果你的語言允許，寫一個類似於整數的包裝類，但檢查每個操作是否溢出。你甚至可以讓它對調試版本進行檢查，並且對發佈版本進行優化。在像C++這樣的語言中，你可以這樣做，它的行爲幾乎和發佈版本的整數類似，但對於調試版本，你可以得到完整的運行時檢查。

class CheckedInt 
{ 
private: 
    int Value; 

public: 
    // Constructor 
    CheckedInt(int src) : Value(src) {} 

    // Conversions back to int 
    operator int&() { return Value; } 
    operator const int &() const { return Value; } 

    // Operators 
    CheckedInt operator+(CheckedInt rhs) const 
    { 
     if (rhs.Value < 0 && rhs.Value + Value > Value) 
      throw OverflowException(); 
     if (rhs.Value > 0 && rhs.Value + Value < Value) 
      throw OverflowException(); 
     return CheckedInt(rhs.Value + Value); 
    } 

    // Lots more operators... 
}; 

編輯：

原來有人doing this already for C++ - 目前實施的重點是爲Visual Studio，但看起來他們得到了海灣合作委員會的支持。

Answer 2

我寫了很多測試代碼來對我的代碼進行範圍/有效性檢查。這往往能夠捕捉到這些類型的情況 - 這絕對有助於我編寫更多防彈代碼。

Answer 3

使用高精度浮點數，如long double。

Answer 4

我認爲您在列表中缺少一個非常重要的選項：爲作業選擇正確的編程語言。有許多編程語言沒有這些問題，因爲它們沒有固定大小的整數。

Answer 5

當選擇使用哪種語言而不是整數大小時，還有更重要的考慮因素。如果您不知道該值是否在界限內，則只需檢查輸入;如果情況非常罕見，則使用異常處理。

Answer 6

檢查不一致性的包裝在許多情況下都有意義。如果對兩個或多個整數的加法操作（即加法或乘法）導致的值小於操作數，那麼你就知道出了問題。每一個加法運算應遵循，

if (sum < operand1 || sum < operand2) 
    omg_error(); 

同樣應該在邏輯上導致較小的值，應檢查，看它是否被意外embiggin'd任何操作。

Answer 7

你是否研究過使用形式化方法來檢查代碼以證明它沒有溢出？一種稱爲抽象解釋的形式化方法技術可以檢查軟件的健壯性，以證明軟件不會遭受溢出，下溢，除以零，溢出或其他類似的運行時錯誤。這是一種徹底分析您的軟件的數學技術。該技術由Patrick Cousot在20世紀70年代首創。它成功用於診斷阿里安5號火箭的溢流狀況，溢流造成運載火箭的毀滅。溢出是在將浮點數轉換爲整數時引起的。你可以找到更多關於這項技術的信息here以及Wikipedia。