C语言 无符号整数溢出问题

1、检查加法溢出

对于无符号整数加法，溢出发生在结果小于操作数的情况。

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main() {
    unsigned int a = UINT_MAX; // 最大无符号整数
    unsigned int b = 1;

    unsigned int result = a + b;

    // 检查溢出
    if (result < a) {
        printf("无符号整数加法发生溢出\n");
    } else {
        printf("结果为: %u\n", result);
    }

    return 0;
}

2、检查乘法溢出

无符号整数乘法溢出可以通过检查结果是否小于某个操作数来检测。

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main() {
    unsigned int a = UINT_MAX / 2 + 1;
    unsigned int b = 3;

    unsigned int result = a * b;

    // 检查溢出
    if (a != 0 && result / a != b) {
        printf("无符号整数乘法发生溢出\n");
    } else {
        printf("结果为: %u\n", result);
    }

    return 0;
}

3、使用宽类型

在进行无符号整数运算之前，将其转换为更宽的类型（如 unsigned long long），然后检查是否超过原始类型的限制。

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main() {
    unsigned int a = UINT_MAX;
    unsigned int b = 2;

    // 转换为更宽的类型
    unsigned long long result = (unsigned long long)a + b;

    // 检查是否超过最大值
    if (result > UINT_MAX) {
        printf("无符号整数运算发生溢出\n");
    } else {
        printf("结果为: %u\n", (unsigned int)result);
    }

    return 0;
}

4、使用编译器工具或内置函数

现代编译器（如 GCC 和 Clang）提供了内置函数来检测溢出。如__builtin_add_overflow 和 __builtin_mul_overflow 是 GCC 的内置函数，可以检测加法和乘法溢出。

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

int main() {
    unsigned int a = UINT_MAX;
    unsigned int b = 1;
    unsigned int result;

    // 使用 GCC 内置函数检测溢出
    if (__builtin_add_overflow(a, b, &result)) {
        printf("无符号整数加法发生溢出\n");
    } else {
        printf("结果为: %u\n", result);
    }

    return 0;
}

5、使用编译器选项检测

某些编译器支持运行时检测整数溢出，如 Clang 的 AddressSanitizer 和 GCC 的 Undefined Behavior Sanitizer，可以检测有符号整数溢出（但无符号整数溢出默认按模处理，不会报错）。