Rust 溢出时带边界的整数运算

Question

最近遇到的问题，需要根据整数类型的位进行带边界的整数运算

例如用i32整数做add运算，这里有一段伪代码来表达思路：

sum = a + b
max(min(sum, 2147483647), -2147483648)

// if the sum is larger than 2147483647, then return 2147483647.
// if the sum is smaller than -2147483648, then return -2147483648.

为了实现这一点，我天真地写了下面丑陋的代码：

fn i32_add_handling_by_casting(a: i32, b: i32) -> i32 {
    let sum: i32;
    if (a as i64 + b as i64) > 2147483647 as i64 {
        sum = 2147483647;
    } else if (a as i64 + b as i64) < -2147483648 as i64 {
        sum = -2147483648;
    } else {
        sum = a + b;
    }
    sum
}

fn main() {
    println!("{:?}", i32_add_handling_by_casting(2147483647, 1));
    println!("{:?}", i32_add_handling_by_casting(-2147483648, -1));
}

代码运行良好；但是我的第六感告诉我，使用 type casting 是有问题的。因此，我尝试使用传统的恐慌（异常）处理来处理这个......但我坚持使用以下代码（恐慌结果无法检测到下溢或溢出）：

use std::panic;

fn i32_add_handling_by_panic(a: i32, b: i32) -> i32 {
    let sum: i32;
    let result = panic::catch_unwind(|| {a + b}).ok();
    match result {
        Some(result) => { sum = result },
        None => { sum = ? }                                                              
    }
    sum
}

fn main() {
    println!("{:?}", i32_add_handling_by_panic(2147483647, 1));
    println!("{:?}", i32_add_handling_by_panic(-2147483648, -1));
}

总结起来，我有3个问题：

我的类型转换解决方案对强类型语言有效吗？（如果可能的话，我需要解释为什么它有效或无效。）
有没有其他更好的方法来处理这个问题？
panic可以分别处理不同的异常吗？

Answer 1

在这种情况下，Rust 标准库有一个名为 saturating_add 的方法，它支持您的用例：

assert_eq!(10_i32.saturating_add(20), 30);
assert_eq!(i32::MIN.saturating_add(-1), i32::MIN);
assert_eq!(i32::MAX.saturating_add(1), i32::MAX);

在内部，它被实现为 compiler intrinsic。

一般来说，此类问题不打算通过 panics 和 unwinding 来解决，它们仅用于在特殊情况下进行清理。 hand-written 版本可能涉及类型转换，但只计算一次 a as i64 + b as i64。或者，这里有一个使用 checked_add 的版本，它 returns None 而不是溢出时的恐慌：

fn saturating_add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    if let Some(sum) = a.checked_add(b) {
        sum
    } else if a < 0 {
        i32::MIN
    } else {
        i32::MAX
    }
}

Rust 溢出时带边界的整数运算

Integer operation with boundary when overflow in Rust

integer-overflow

panic

rust