C言語での整数のオーバーフロー検査

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。

• Integer Overflow Builtins (Using the GNU Compiler Collection (GCC))
• Checked Arithmetic Builtins - Clang Language Extensions

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。

• Intsafe.h Functions - Win32 apps | Microsoft Learn

SafeIntというライブラリーもあります。

• dcleblanc/SafeInt: SafeInt is a class library for C++ that manages integer overflows.

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

• Safe Numerics - develop

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 と _BitInt が加わったことくらいです。

つまり、 a と b 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。

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C23の他の機能については

• 次期C標準 (C23) の内容が固まったらしい

を参照してください。