std::labs 跨多个平台的未定义行为和无符号数

Question

我想求(a-b)的绝对值，其中a、b是32位无符号整数。我使用了 std::labs 如下所示。但是操作在不同的平台表现不同！

#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;

int main()
{
    uint32_t x = 0, y = 0, z_u = 0, result_labs = 0, result_abs = 0, result_llabs = 0;
    int32_t z = 0;
    for (size_t i = 0; i < 10; i++)
    {
        x = rand();
        y = rand();

        z = x - y;
        z_u = x - y;

        result_labs = labs(x - y);   //Problematic Call

        result_abs = std::abs(static_cast<int32_t>(x) - static_cast<int32_t>(y));
        result_llabs = static_cast<uint32_t>(llabs(x - y));

        if ((result_abs != result_labs) || (result_abs != result_llabs))
        {
            printf("[Error] X: %d       Y: %d      z: %d    z_u: %u   \tlabs: %d    - abs: %d    llabs: %d\n", x, y, z, z_u, result_labs, result_abs, result_llabs);
        }
    }

    return 0;
}

问题：

使用 std::labs 对无符号整数的操作在不同的平台上产生不同的结果。例如 gcc linux , ghs 平台如何正确处理这个abs差值计算？

/*Windows PC

中 VS 中的示例输出

[Error] X: 41         Y: 18467      z: -18426    z_u: 4294948870          labs: 18426    - abs: 18426    llabs: -18426
[Error] X: 6334       Y: 26500      z: -20166    z_u: 4294947130          labs: 20166    - abs: 20166    llabs: -20166
[Error] X: 11478      Y: 29358      z: -17880    z_u: 4294949416          labs: 17880    - abs: 17880    llabs: -17880
[Error] X: 5705       Y: 28145      z: -22440    z_u: 4294944856          labs: 22440    - abs: 22440    llabs: -22440
[Error] X: 2995       Y: 11942      z: -8947     z_u: 4294958349          labs: 8947     - abs: 8947     llabs: -8947
[Error] X: 4827       Y: 5436       z: -609      z_u: 4294966687          labs: 609      - abs: 609      llabs: -609

GHS 输出

[Error] X: 11188   Y: 27640   z: -16452    z_u: 4294950844  labs: -16452    - abs: 16452    llabs: -16452
[Error] X: 4295    Y: 12490   z: -8195     z_u: 4294959101  labs: -8195     - abs: 8195     llabs: -8195
[Error] X: 5062    Y: 27943   z: -22881    z_u: 4294944415  labs: -22881    - abs: 22881    llabs: -22881
[Error] X: 21352   Y: 32044   z: -10692    z_u: 4294956604  labs: -10692    - abs: 10692    llabs: -10692
[Error] X: 4714    Y: 9737    z: -5023     z_u: 4294962273  labs: -5023     - abs: 5023     llabs: -5023
[Error] X: 17346   Y: 28482   z: -11136    z_u: 4294956160  labs: -11136    - abs: 11136    llabs: -11136

Answer 1

行为已定义（除了 printf）。

您使用 x - y 参数调用函数。 x和y都是uint32_t所以结果也是uint32_t所以永远不会是负数。无符号类型的算术运算“环绕”。

labs 采用 long 参数，因此在传递给函数之前，参数被转换为 long。所以 uint32_t 是 converted 到 long，这是实现定义的，但基本上意味着大于 LONG_MAX 的值会导致负值。

您的 abs 是一个以 uint32_t 类型调用的模板，因为参数具有 uint32_t 类型。 uint32_t 将 永远不会 为负数，因此 (val >= static_cast<T>(0)) 始终为真，并且它是一个恒等函数。

llabs 采用 long long 参数，因此该参数被转换为 long long。 long long 至少有 64 位，LLONG_MAX 至少在 2^63-1 左右。 uint32_t 类型的任何值都可以用 long long 表示。 uint32_t 永远不会是负数，转换为 long long 不会改变值，所以 llabs 只是收到一个正值，所以 llabs 它什么都不做， returns原始值。

您的 printf 调用可能无效 - %u 用于打印 unsigned int，而不是 uint32_t。使用 inttypes.h 中的 PRIu32，或使用 C++：

#include <cinttypes>
int main() {
   uint32_t val;
   printf("%"PRIu32"\n", val);
   // or, for example explicit C-style cast:
   printf("%u\n", (unsigned)val);
}

What is the correct way to implement the std::labs in c++?

long labs(long x) {
   return x < 0 ? -x : x;
}

就够了。请注意，类型显式长。

std::labs 跨多个平台的未定义行为和无符号数

undefined behavior with std::labs with unsigned number across multiple platforms

c++

embedded-linux