Rust 溢出时带边界的整数运算

Question

我最近遇到的问题需要根据整数类型的位进行带边界的整数运算。

比如用i32整数做add运算，这里有一段伪代码来表达这个想法：

sum = a + b
max(min(sum, 2147483647), -2147483648)

// if the sum is larger than 2147483647, then return 2147483647.
// if the sum is smaller than -2147483648, then return -2147483648.

为了实现这一点，我天真地写了以下丑陋的代码：

fn i32_add_handling_by_casting(a: i32, b: i32) -> i32 {
    let sum: i32;
    if (a as i64 + b as i64) > 2147483647 as i64 {
        sum = 2147483647;
    } else if (a as i64 + b as i64) < -2147483648 as i64 {
        sum = -2147483648;
    } else {
        sum = a + b;
    }
    sum
}

fn main() {
    println!("{:?}", i32_add_handling_by_casting(2147483647, 1));
    println!("{:?}", i32_add_handling_by_casting(-2147483648, -1));
}

代码运行良好； 但是我的六感告诉我使用类型转换是有问题的。 因此，我尝试使用传统的恐慌（异常）处理来解决这个问题……但我坚持使用下面的代码（恐慌结果无法检测下溢或溢出）：

use std::panic;

fn i32_add_handling_by_panic(a: i32, b: i32) -> i32 {
    let sum: i32;
    let result = panic::catch_unwind(|| {a + b}).ok();
    match result {
        Some(result) => { sum = result },
        None => { sum = ? }                                                              
    }
    sum
}

fn main() {
    println!("{:?}", i32_add_handling_by_panic(2147483647, 1));
    println!("{:?}", i32_add_handling_by_panic(-2147483648, -1));
} 

总结一下，我有3个问题：

1. 我的类型转换解决方案对强类型语言有效吗？ （如果可能，我需要解释为什么它有效或无效。）
2. 有没有其他更好的方法来处理这个问题？
3. 恐慌可以分别处理不同的异常吗？

Answer 1

在这种情况下，Rust 标准库有一个名为saturating_add的方法，它支持您的用例：

assert_eq!(10_i32.saturating_add(20), 30);
assert_eq!(i32::MIN.saturating_add(-1), i32::MIN);
assert_eq!(i32::MAX.saturating_add(1), i32::MAX);

在内部，它被实现为编译器内在的。

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通常，此类问题不打算通过 panic 和 unwinding 来解决，它们仅用于在特殊情况下进行清理。 手写版本可能涉及类型转换，但仅将a as i64 + b as i64计算a as i64 + b as i64一次。 或者，这里有一个使用checked_add的版本，它在溢出时返回None而不是恐慌：

fn saturating_add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    if let Some(sum) = a.checked_add(b) {
        sum
    } else if a < 0 {
        i32::MIN
    } else {
        i32::MAX
    }
}