推导位操作技巧:有符号整数溢出

主要观点:

  • C 的整数算术 API 较简单,现代语言如 Rust 有更丰富的整数 API。
  • 想构建一个判断两个 32 位整数相加是否溢出的函数,探讨了多种实现方法。
  • 利用补码特性等进行位操作来判断加法溢出,比较了不同实现方式的优劣。
  • 虽然标准 C99 有最快实现,但 C23 会将相关函数标准化,目前 GCC 和 LLVM 有可用的 C 内建函数。

关键信息:

  • C 整数算术 API 映射底层汇编操作码,signed 算术溢出为未定义行为。
  • 如 Rust 可在不同模式下进行整数操作,而 C 目前尚无便捷 API。
  • 给出多种判断加法是否溢出的函数实现及对应的汇编代码。
  • 如通过整数提升、利用补码特性、非短路逻辑等方式实现。
  • 比较不同实现方式的汇编代码,得出某些方式更优。
  • 提到 Rust 利用编译器内建函数直接访问处理器溢出标志,GCC 和 LLVM 也有可用内建函数。

重要细节:

  • 整数提升将 32 位整数提升为 64 位进行加法判断溢出。
  • 利用补码加法在特定条件下与无符号数加法位模式相同来判断溢出。
  • 短电路逻辑和非短路逻辑在判断中的应用及对分支的影响。
  • 不同实现方式的汇编代码细节及编译器优化情况。
  • 介绍了相关测试在 Godbolt 上的情况及可获取的完整测试套件。
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