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C言語での整数のオーバーフロー検査

2022/10/01に公開約2,200字

C言語では符号付き整数のオーバーフローは未定義動作です。ですが、未定義動作とか言ってないでオーバーフローが起きたことをなんらかの方法で知りたい場合もあります。次期C標準であるC23では(符号付きまたは符号なし)整数のオーバーフローを検出する機能が提供される見込みです。

GCC拡張

GCC/Clangは拡張機能として、オーバーフローの有無を教えてくれるビルトイン関数を提供しています。

bool __builtin_add_overflow(type1 a, type2 b, type3 *res);
bool __builtin_sadd_overflow(int a, int b, int *res); // long, long long版もある
bool __builtin_uadd_overflow(unsigned int a, unsigned int b, unsigned int *res); // unsigned long, unsigned long long版もある
// sub, mulについても同様

これらのビルトイン関数は、第1、第2引数を正確な(無限精度の)整数とみなして演算を行い、第3引数の指す型にキャストし、そこに格納します。キャストの結果が正確であれば false が返り、キャストの結果が不正確であれば(つまり、オーバーフローが発生すれば) true が返ります。

最初のやつ(type1, type2, type3 を取るやつ)は bool 型、enum型には適用できません。

2の補数表現で表される符号付き整数の場合は除算もオーバーフローを起こす可能性がありますが、GCCはそれに対する検査は提供されていません。a == INT_MIN && b == -1 で十分だからでしょう。

ライブラリー

既存のライブラリーもいくつかあるので紹介しておきます(N2683の受け売りですが)。

Windowsには intsafe.h というのがあるらしいです。

SafeIntというライブラリーもあります。

BoostにはSafe Numericsというライブラリーが含まれています。

C23での方法

C23に向けて N2683: Towards Integer Safety で「安全な整数演算」について色々提案されました。その中から、以下の3つがC23に取り込まれます:

#include <stdckdint.h>
bool ckd_add(type1 *result, type2 a, type3 b);
bool ckd_sub(type1 *result, type2 a, type3 b);
bool ckd_mul(type1 *result, type2 a, type3 b);

GCC拡張との違いは引数の順序が変わったことと、除外される整数型として bool, enumの他に(符号が不定な) char_BitInt が加わったことくらいです。

つまり、 ab の演算結果を *result に格納し、オーバーフローが発生した場合は true を返します。

C言語にはオーバーロードはないので、これらの3つはマクロとして規定されています。


C23の他の機能については

を参照してください。

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