为什么默认不检查溢出
Why isn't overflow checked by default
我在 SO 上发现了一些关于在执行 over/underflow 行为之前检查操作的问题。似乎有很多方法可以很容易地做到这一点。那么，为什么没有一个选项可以在执行之前自动检查每个数学运算，或者为什么没有 buffer over/underflow 算术运算的异常？或者换句话说：在什么情况下允许操作溢出而不被注意会有用？
可能是运行时间的问题？还是在非数学运算期间发生溢出的主要来源？
Java 语言只是没有将此功能内置为关键字或直接应用于 +、- 和 * 运算符的机制。例如，C# 为此具有 checked 和 unchecked 关键字。但是，当语言没有本机支持时，这些检查可能 成本高 并且难以实施。至于Java 1.8，评论中的方法addExact, subtractExact and multiplyExact have been added to the API to provide this feature, as pointed out by @Tom。
为什么这不会自动完成，即使语言支持它？简单的答案是，一般来说，上溢和下溢可以被接受或想要的行为，或者它们根本不会发生，因为一个复杂且执行良好的设计它应该是。我会说，利用溢出和下溢是一个低级或硬件编程问题，以避免出于性能原因的额外操作。
总的来说，您的应用程序设计应该明确说明 合理 使用算术上溢和下溢，或者最好根本不需要使用它们，因为它会导致混淆，不直观的行为或严重的错误。在第一种情况下你不检查，在第二种情况下检查将毫无用处。自动检查是多余的，只是成本效益。
一个人为的想要溢出的例子，可以是一个计数器。假设您有一个未签名的空头并计算它。 65536之后因为溢出又归零了，可以方便点。
我可以提供两个潜在的因素来说明为什么未经检查的算法是默认值：
- 熟悉感： C 和C++ 中的算术运算在默认情况下是不选中的，习惯了这些语言的人不会期望程序抛出，而是默默地继续。这是一个误解，因为 C 和 C++ 在有符号整数 overflow/underflow 上都有未定义的行为。但是尽管如此，它已经在许多人的脑海中产生了一定的期望，并且同一家族的新语言往往回避明显地打破既定惯例。
- 基准性能： 检测 overflow/underflow 通常需要执行比您决定忽略它时更多的指令。想象一下，如果一个不熟悉一门新语言的人编写了一个数学密集型基准测试（这种情况经常发生）并且 "proved" 即使对于最简单的数学运算，该语言也比 C 和 C++ 慢得多，它会是什么样子。这会损害人们对该语言性能的看法，并可能阻碍其采用。
实际上，对于 C 有检查选项，请参见此处：http://danluu.com/integer-overflow/
至于 java，添加整数溢出检查会打开一大堆蠕虫。由于 java 不提供无符号类型，无符号数学通常以纯 int 或 long 类型完成 - 显然 VM 不会神奇地意识到预期操作的无符号性质，这意味着您需要添加无符号类型或程序员需要非常注意转动支票on/off。在 Arrays.binarySearch 中可以找到带有符号类型的无符号数学示例。附带一提，Java 确实定义了溢出情况下的结果，因此依赖溢出行为是对已定义行为的合法使用。
正如在上面的 C link 中简要分析的那样，这些检查在实践中可能会对性能产生严重影响，因为粗略的实施 and/or 会干扰其他代码优化。
此外，虽然大多数 CPU 可以检测到溢出（通常通过 C 和 V 标志），但它们同时对 signed/unsigned 进行检测（常见的 CPU ISA 不会在 add/sub 的情况下 signed/unsigned 操作之间的区别）。由程序来响应这些标志，这意味着在代码中插入额外的指令。同样，这意味着 programmer/compiler 必须知道该操作是要签名还是不签名才能做出正确的选择。
所以溢出检测确实是有代价的，尽管它可以通过良好的编译器支持变得相当小。
但在许多情况下，溢出要么是设计上不可能的（例如，函数的有效输入参数不能产生溢出），而是需要的（例如，环绕行为计数器），或者当它们确实发生时被其他方式捕获使用结果（例如，通过数组边界检查）。
我必须努力思考我真正感到需要进行溢出检查的情况。通常您更关心在特定点（例如函数参数）验证值范围。但是这些是对函数特定值范围的任意检查，编译器甚至不知道（好吧，在某些语言中它会知道，因为它明确表达，但 Java 和 C 都不属于这一类）。
所以溢出检查并不是普遍有用的。这并不意味着没有任何它可以防止的潜在错误，但与其他错误类型相比，溢出并不是一个真正常见的问题。我不记得上次看到整数溢出导致的错误是什么时候了。例如，差一个错误要普遍得多。另一方面，有一些显式依赖于溢出环绕的微优化（例如我的一个老问题，参见已接受的答案：Performance: float to int cast and clipping result to range）。
对于所描述的情况，强制 C/Java 检查和响应整数溢出会使它们成为 更糟糕的 语言。它们会更慢，and/or 程序员会简单地停用该功能，因为它比它更有用。这并不意味着溢出检查作为一种语言特性通常是不好的；但要真正从中得到一些东西，环境也需要适应（例如，如上所述，Java 需要无符号类型）。
TL;DR 它可能很有用，但它需要更深入的语言支持，而不仅仅是一个有用的开关。
我在 SO 上发现了一些关于在执行 over/underflow 行为之前检查操作的问题。似乎有很多方法可以很容易地做到这一点。那么，为什么没有一个选项可以在执行之前自动检查每个数学运算，或者为什么没有 buffer over/underflow 算术运算的异常？或者换句话说：在什么情况下允许操作溢出而不被注意会有用？
可能是运行时间的问题？还是在非数学运算期间发生溢出的主要来源？
Java 语言只是没有将此功能内置为关键字或直接应用于 +、- 和 * 运算符的机制。例如，C# 为此具有 checked 和 unchecked 关键字。但是，当语言没有本机支持时，这些检查可能 成本高 并且难以实施。至于Java 1.8，评论中的方法addExact, subtractExact and multiplyExact have been added to the API to provide this feature, as pointed out by @Tom。
为什么这不会自动完成，即使语言支持它？简单的答案是，一般来说，上溢和下溢可以被接受或想要的行为，或者它们根本不会发生，因为一个复杂且执行良好的设计它应该是。我会说，利用溢出和下溢是一个低级或硬件编程问题，以避免出于性能原因的额外操作。
总的来说，您的应用程序设计应该明确说明 合理 使用算术上溢和下溢，或者最好根本不需要使用它们，因为它会导致混淆，不直观的行为或严重的错误。在第一种情况下你不检查，在第二种情况下检查将毫无用处。自动检查是多余的，只是成本效益。
一个人为的想要溢出的例子，可以是一个计数器。假设您有一个未签名的空头并计算它。 65536之后因为溢出又归零了，可以方便点。
我可以提供两个潜在的因素来说明为什么未经检查的算法是默认值：
- 熟悉感： C 和C++ 中的算术运算在默认情况下是不选中的，习惯了这些语言的人不会期望程序抛出，而是默默地继续。这是一个误解，因为 C 和 C++ 在有符号整数 overflow/underflow 上都有未定义的行为。但是尽管如此，它已经在许多人的脑海中产生了一定的期望，并且同一家族的新语言往往回避明显地打破既定惯例。
- 基准性能： 检测 overflow/underflow 通常需要执行比您决定忽略它时更多的指令。想象一下，如果一个不熟悉一门新语言的人编写了一个数学密集型基准测试（这种情况经常发生）并且 "proved" 即使对于最简单的数学运算，该语言也比 C 和 C++ 慢得多，它会是什么样子。这会损害人们对该语言性能的看法，并可能阻碍其采用。
实际上，对于 C 有检查选项，请参见此处：http://danluu.com/integer-overflow/
至于 java，添加整数溢出检查会打开一大堆蠕虫。由于 java 不提供无符号类型，无符号数学通常以纯 int 或 long 类型完成 - 显然 VM 不会神奇地意识到预期操作的无符号性质，这意味着您需要添加无符号类型或程序员需要非常注意转动支票on/off。在 Arrays.binarySearch 中可以找到带有符号类型的无符号数学示例。附带一提，Java 确实定义了溢出情况下的结果，因此依赖溢出行为是对已定义行为的合法使用。
正如在上面的 C link 中简要分析的那样，这些检查在实践中可能会对性能产生严重影响，因为粗略的实施 and/or 会干扰其他代码优化。
此外，虽然大多数 CPU 可以检测到溢出（通常通过 C 和 V 标志），但它们同时对 signed/unsigned 进行检测（常见的 CPU ISA 不会在 add/sub 的情况下 signed/unsigned 操作之间的区别）。由程序来响应这些标志，这意味着在代码中插入额外的指令。同样，这意味着 programmer/compiler 必须知道该操作是要签名还是不签名才能做出正确的选择。
所以溢出检测确实是有代价的，尽管它可以通过良好的编译器支持变得相当小。
但在许多情况下，溢出要么是设计上不可能的（例如，函数的有效输入参数不能产生溢出），而是需要的（例如，环绕行为计数器），或者当它们确实发生时被其他方式捕获使用结果（例如，通过数组边界检查）。
我必须努力思考我真正感到需要进行溢出检查的情况。通常您更关心在特定点（例如函数参数）验证值范围。但是这些是对函数特定值范围的任意检查，编译器甚至不知道（好吧，在某些语言中它会知道，因为它明确表达，但 Java 和 C 都不属于这一类）。
所以溢出检查并不是普遍有用的。这并不意味着没有任何它可以防止的潜在错误，但与其他错误类型相比，溢出并不是一个真正常见的问题。我不记得上次看到整数溢出导致的错误是什么时候了。例如，差一个错误要普遍得多。另一方面，有一些显式依赖于溢出环绕的微优化（例如我的一个老问题，参见已接受的答案：Performance: float to int cast and clipping result to range）。
对于所描述的情况，强制 C/Java 检查和响应整数溢出会使它们成为 更糟糕的 语言。它们会更慢，and/or 程序员会简单地停用该功能，因为它比它更有用。这并不意味着溢出检查作为一种语言特性通常是不好的；但要真正从中得到一些东西，环境也需要适应（例如，如上所述，Java 需要无符号类型）。
TL;DR 它可能很有用，但它需要更深入的语言支持，而不仅仅是一个有用的开关。