将 32 位值存储在 64 位变量中时 C++ 发出警告

Question

我最近在我正在处理的项目中发现了一个很难找到的错误。 问题是我们做了一个有uint32_t结果的计算，并将它存储在一个uint64_t变量中。 我们预计结果是uint64_t ，因为我们知道结果对于 32 位无符号整数来说可能太大了。

我的问题是：有没有办法让编译器（或像 clang-tidy 这样的静态分析工具）在发生这种情况时警告我？

一个例子：

#include <iostream>

constexpr uint64_t MUL64 { 0x00000000ffffffff };
constexpr uint32_t MUL32 { 0xffffffff };

int main() {
    const uint32_t value { 0xabababab };

    const uint64_t value1 { MUL64 * value }; // the result is a uint64_t because
                                             // MUL64 is a uint64_t
    const uint64_t value2 { MUL32 * value }; // i'd like to have a warning here

    if (value1 == value2) {
        std::cout << "Looks good!\n";
        return EXIT_SUCCESS;
    }
    std::cout << "Whoopsie\n";
    return EXIT_FAILURE;
}

编辑：

溢出是预期的，即我们知道我们需要一个uint64_t来存储计算值。 我们也知道如何解决这个问题，后来我们将其更改为：

const uint64_t value2 { static_cast<uint64_t>(MUL32) * value };

这样在计算过程中就不会切断高 32 位。 但是这样的事情还是时有发生，我只是想知道有没有办法检测到这种错误。

提前致谢！

问候，
塞巴斯蒂安

Answer 1

无符号整数类型的乘法行为被很好地定义为将模2转换为整数类型宽度的幂。 因此，这里没有任何编译器可以警告的内容。 该行为是预期的并且可能是故意的。 警告它会产生太多的误报。

此外，通常编译器无法在常量表达式评估之外的编译时测试溢出。 在这种特定情况下，这些值很明显，它可以做到这一点。

关于算术后任何扩大转换的警告很可能也很嘈杂。

由于上述原因，我不知道有任何编译器标志会添加警告。

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Clang-tidy 确实有一个名为bugprone-implicit-widening-of-multiplication-result的检查，专门用于以较窄类型执行乘法然后隐式加宽的这种情况。 似乎自 LLVM 13 以来就存在检查。但我认为没有等价的添加。

此检查按预期在这里工作：

<source>:11:29: warning: performing an implicit widening conversion to type 'const uint64_t' (aka 'const unsigned long') of a multiplication performed in type 'unsigned int' [bugprone-implicit-widening-of-multiplication-result]
    const uint64_t value2 { MUL32 * value }; // i'd like to have a warning here
                            ^
<source>:11:29: note: make conversion explicit to silence this warning
    const uint64_t value2 { MUL32 * value }; // i'd like to have a warning here
                            ^~~~~~~~~~~~~
                            static_cast<const uint64_t>( )
<source>:11:29: note: perform multiplication in a wider type
    const uint64_t value2 { MUL32 * value }; // i'd like to have a warning here
                            ^~~~~
                            static_cast<const uint64_t>()

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Clang 的未定义行为清理程序还有一个检查，可以在运行时标记所有无符号整数溢出，这通常不包含在-fsanitize=undefined中。 它可以包含在-fsanitize=unsigned-integer-overflow中。 这很可能需要为预期的环绕行为添加抑制。 有关详细信息，请参阅https://clang.llvm.org/docs/UndefinedBehaviorSanitizer.html 。

然而，这里似乎没有应用此检查，因为算术是由编译器在编译时执行的。 如果您删除value2上的const ，UBSan 会捕捉到它：

/app/example.cpp:11:29: runtime error: unsigned integer overflow: 4294967295 * 2880154539 cannot be represented in type 'unsigned int'
SUMMARY: UndefinedBehaviorSanitizer: undefined-behavior /app/example.cpp:11:29 in 
Whoopsie

GCC 似乎没有等效的选择。

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如果您希望在无符号算术中对溢出发出一致的警告，您需要围绕执行溢出检查的整数类型定义自己的包装类，例如，如果失败则抛出异常，或者您可以实现溢出安全加法/乘法的函数然后，您将不得不使用而不是+和*运算符。