Оглавление
V1083. Signed integer overflow in arithmetic expression. This leads to undefined behavior.
Анализатор обнаружил арифметическое выражение, в котором может произойти переполнение знакового числа.
Рассмотрим пример:
long long foo()
{
long longOperand = 0x7FFF'FFFF;
long long y = longOperand * 0xFFFF;
return y;
}По правилам C и C++ результирующим типом выражения longOperand * 0xFFFF будет long. При использовании компилятора MSVC на Windows тип long имеет размер 4 байта. Максимальное значение, которое может быть представлено этим типом, равно 2'147'483'647 в десятичной системе или 0x7FFF'FFFF в шестнадцатеричной. При умножении переменной longOperand на 0xFFFF (65 535) ожидается результат 0x7FFF'7FFF'0001. Однако согласно стандарту C (см. стандарт С18 пункт 6.5 параграф 5) и C++ (см. стандарт С++20 пункт 7.1 параграф 4) переполнение знаковых чисел приводит к неопределённому поведению.
Исправить этот код можно несколькими способами.
Если требуется произвести корректные вычисления, необходимо использовать типы, размеры которых будут достаточны для отображения чисел. Если число не помещается в машинное слово, то можно воспользоваться одной из библиотек для работы с длинной арифметикой. Например, GMP, MPRF, cnl.
Пример выше можно исправить следующим образом:
long long foo()
{
long longOperand = 0x7FFF'FFFF;
long long y = static_cast<long long>(longOperand) * 0xFFFF;
return y;
}Если переполнение знаковых чисел является неожидаемым поведением и требует обработки, то можно воспользоваться специальными библиотеками для безопасной работы с числами. Например, boost::safe_numerics или Google Integers.
Если требуется реализовать циклическую арифметику для знаковых чисел с определённым по стандарту поведением, то для расчётов можно воспользоваться беззнаковыми числами. В случае их переполнения происходит "оборачивание" числа по модулю 2 ^ n, где n — количество бит в числе.
Рассмотрим одно из возможных решений на основе std::bit_cast (C++20):
#include <concepts>
#include <type_traits>
#include <bit>
#include <functional>
namespace detail
{
template <std::signed_integral R,
std::signed_integral T1,
std::signed_integral T2,
std::invocable<std::make_unsigned_t<T1>,
std::make_unsigned_t<T2>> Fn>
R safe_signed_wrapper(T1 lhs, T2 rhs, Fn &&op)
noexcept(std::is_nothrow_invocable_v<Fn,
std::make_unsigned_t<T1>,
std::make_unsigned_t<T2>>)
{
auto uLhs = std::bit_cast<std::make_unsigned_t<T1>>(lhs);
auto uRhs = std::bit_cast<std::make_unsigned_t<T2>>(rhs);
auto res = std::invoke(std::forward<Fn>(op), uLhs, uRhs);
using UR = std::make_unsigned_t<R>;
return std::bit_cast<R>(static_cast<UR>(res));
}
}Функция std::bit_cast приводит lhs' и 'rhs к соответствующим беззнаковым представлениям. Далее на двух преобразованных операндах выполняется некоторая арифметическая операция. Затем результат расширяется или сужается до нужного результирующего типа и превращается в знаковый.
При таком подходе знаковые числа будут повторять семантику беззнаковых в арифметических операциях, что исключает неопределённое поведение.
Например, по этой ссылке можно увидеть, что компилятор вправе оптимизировать код, если существует вероятность переполнения знакового числа.
Рассмотрим пример подробнее:
bool is_max_int(int32_t a)
{
return a + 1 < a;
}Если a равно MAX_INT, то условие a + 1 < a будет равно false. Таким образом часто проверяют не произошло ли переполнение.
Однако компилятор генерирует такой код:
is_max_int(int): # @is_max_int(int)
xor eax, eax
retИнструкция ассемблера xor eax, eax обнуляет результат выполнения функции is_max_int. В результате последняя всегда возвращает true вне зависимости от значения a. В данном случае это результат неопределённого поведения при переполнении.
В случае применения беззнакового представления такого не происходит:
is_max_int(int): # @is_max_int(int)
cmp edi, 2147483647
sete al
retКомпилятор сгенерировал код, который проверяет условие.
Примечание. Диагностическое правило поддерживает специальную настройку, позволяющую анализатору обнаруживать переполнение как знаковых, так и беззнаковых числовых типов.
Для активации этой настройки необходимо добавить следующий комментарий в исходный код или в файл конфигурации диагностических правил .pvsconfig:
//+V1083 CHECK_UNSIGNED_OVERFLOW:YES
Чтобы отключить настройку, используйте комментарий:
//+V1083 CHECK_UNSIGNED_OVERFLOW:NO
Выявляемые диагностикой ошибки классифицируются согласно ГОСТ Р 71207–2024 как критические и относятся к типу: Ошибки целочисленного переполнения и некорректного совместного использования знаковых и беззнаковых чисел. |
Данная диагностика классифицируется как:
|
Взгляните на примеры ошибок, обнаруженных с помощью диагностики V1083. |
Была ли полезна эта страница документации?
