探讨有符号数与无符号数数据上溢出和下溢出问题

<一>下面为有符号数的溢出:

     #include

Void main()

{

     Int i= 2147483647;

     Printf(“%d,%d”,i.i+1);

}

输出结果为:2147483647,-2147483648

这是因为加减运算过后,它们的值超出了它们对应的那种整数类型的表示范围,我们把这种现象称为溢出。

 

注意:看清楚数字总是在循环的变化。如从最大2147483647,再加一后就变成了最小-2147483648。即循环的顺序是:

0—  2147483647—   -2147483648—  0。

规律:

SHRT_MAX+1 == SHRT_MIN
SHRT_MIN-1 == SHRT_MAX

 

例如:

 

#include

int main(void)

{

    short int a=32767,b=32767,c;

    a=a+b;         //下面三行代码是实现两数交换的功能

    b=a-b;

    a=a-b;

    c=sizeof(short int);

    printf("a=%d,b=%d\n",a,b);

    printf("sizeof=%d",c);

    return 0;

}

 

结果:a=32767,b=32767

 

 

对学习编程者的忠告:
眼过千遍不如手过一遍!
书看千行不如手敲一行!
手敲千行不如单步一行!
单步源代码千行不如单步对应汇编一行!

 

考察如下程序段:

int n=1,sum=0;

while(sum<=32767) {sum+=n; n++;}

printf(“n=%d\n”,n-1);

乍看该程序时无错误,但事实上,上列程序中的while循环是一个无限循环,原因在于int型数的表示范围为-32768到+32767,当累加和sum超过32767时,便向高位进位,而对int型数而言,最高位表示符号,故sum超过32767后便得到一个负数,while条件当然满足,从而形成无限循环。此时,最好的解决办法是将sum定义为long int型。

另外google的一道笔试题中也需要意识到溢出的存在

short cal(short x)

{

        if(x==0)

return 0;

        else

            return x+cal(x-1);

}

答案

x==0时,0

x>0时,x+…+1

x<0时,x+(x-1)+…+(-32768)【溢出】+32767+……+1,中途栈溢出

假如是short类型的负数来说,-32768减去1之后,变成32767,就是说对于有符号整数来说:最小的负数-1=最大的整数,最大的整数+1=最小的负数。

假如栈不溢出,那么将递归32768-x+32767次,最后的值按照上面是可以计算出来的

但是栈的空间有限,当栈溢出的时候,错误,强制退出。

在gcc下,测试,假如上述数据类型是char,最后是能计算出值的大小,栈的大小还够用。

 

 

<二>下面为无符号数的溢出:

     上面提到的是有符号数的溢出,下面是无符号数的溢出

在c语言的程序开发调试中,经常碰到非法操作导致程序强行终止。这种情况的发生多是因为程序指针的指向错误,数据溢出就是其中的一种,下面我将介绍一下常见的几种溢出情况。

 

1、无符号整数上溢

 

示例代码:

 

bool funcB(char *s1,unsigned short int len1,char *s2,unsigned short int len2)

{

if (1 + len1 + len2 > 64)

return false;

char *buf = (char*)malloc(len1+len2+1);

if (buf) {

memcpy(buf,s1;len1);

/*函数解释:void *memcpy(void *to , const void *from, unsigned int count)  :从from指向的内存区向to指向的内存区复制count个字节;如果两内存区重叠,不定义该内存区的定义*/

 

memcpy(buf+len1,s2,len2);

}

if (buf) free(buf);

return true;

}

这段代码存在整数上溢问题,当len1等于64,len2是0XFFFF,这段代码就会发生溢出。因为在定义为unsigned short char 类型下1+0xFFFF=0,这样就绕过了1 + len1 + len2 > 64的条件判断。直接导致后面的代码中错误地分配64字节内存,在内存拷贝时将产生溢出错误。

     我分析:无符号整数上溢出的意思就是:无符号整数a已达最大数,+1之后又从小开始计算:1+0xFFFF=0;不同于有符号数的是,1+0xFFFF=—0xFFFF(最小数SHRT_MAX+1 == SHRT_MIN );

 

 

    2、无符号整数下溢

 

示例代码:

 

bool funcA(unsigned int cbSize)

{

if (cbSize < 1024)

{

char *buf = new char[cbSize-1];

memset(buf,0,cbSize-1);

/*

     函数解释:void memset(void *buf, int ch, unsigned int count):  把ch的低字节复制到buf指向的内存区的前count个字节处,常用于把某个内存区域初始化已知值。

*/

delete buf;

return true;

}

else

return false;

}

这是一个整数下溢的例子。当函数调用时,如果参数cbSize赋值为0,由于参数cbSize被定义为unsigned int 型,则(cbSize-1)= (0-1) = 0XFFFFFFFF,分配如此大的内存,后果可想而知!

 

我分析:无符号整数下溢就是:无符号整数a为最小值0,再-1后变成最大值,例如:(0-1) = 0XFFFFFFFF;同与有符号整数的是,SHRT_MIN-1 == SHRT_MAX。

 

----------------------------------

#include

 short int fac( short int x)

{

    static  short int y=1;

    y*=x;

    return y;

}

int  main(void)

{

    int s=0;

    short i;

    for(i=1;i<=8;i++)

        s+=fac(i);

    printf("S=%d\n",s);

    return 1;

}

运行结果:S=-19303

 

运行SETP:

Setp1:i=1 y=1 S=0+1=1

Setp2:i=2 y=2 S=1+2=3

Setp3:i=3 y=6 S=3+6=9

Setp4:i=4 y=24 S=9+24=33

Setp5:i=5 y=120 S=33+120=153

Setp6:i=6 y=720 S=153+720=873

Setp7:i=7 y=5040 S=873+5040=5913

Setp8:i=8 y=40320溢出 

16位内存空间存储情况:1001,1101,1000,0000(即40320的二进制表示)

反求补码:SETP1(减1)得到:1001,1101,0111,1111

SETP2(按位取反)得到:0110,0010,1000,0000(即25216的二进制表示)

故:y=-25216  S=5913-25216=-19303

Setp9:i=9,for循环结束,执行下一句输出:S=-19303

(40320   1001 1101 1000 0000    反码:1110 0010 0111 1111 补码:1110 0010 1000 0000 

  0110001010000000为 25216    )

我解释:此代码中的y值40320的意思是,原先在程序中算出来值是40320,记住此时40320就是内存中的补码,同样也是原码,由于正数的原码、反码、补码都相同,然而这个补码表示的意思是:y已不再是40320,由于y为有符号整数,此时,补码40320对应的有符号原码是:-25216,所以才有故:y=-25216  S=5913-25216=-19303。

记住:程序中算出来的数据都是原码。当然,算出来的正数也表示补码!

 

 

 

------------------------------------

#include

void main()

{

char c1 = 128;//char在此只有八位

unsigned char c2 = 257;

short s1 = 65535;

//short 在此只有16位2^16=65536 2^15=32768

65535=1111 1111 1111 1111B(已为补码)  ;由于有符号,就变成了

- 111 1111 1111 1111(已为补码)=  -  32767,则其表示的原码为  -1. 因为 - 32767 +  (-1)=  - 32768.

unsigned int s2 = 65537;

printf("%d,%d,%d,%d",c1,c2,s1,s2);

}

unsigned char c2 = 257这一个

在内存中8位是表示不完的

所以需要9位的二进制才能表示它的值

但一个unsigned char只能存8位的值,所以这里就需要截断

 

char c1 = 128,char这是一个有符号位的类型

所以在计算它的值的时候,需要用补码方式计算

128在内存中是:1000 0000 (最高一位是符号位)

补码计算,按位取反,再加1得:1000 0000=128

因其符号位是1,所以是负数:-128

输出结果:-128,1,-1,65537

 

转载于:https://www.cnblogs.com/Tears123/archive/2013/03/16/2962472.html

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