C++ 數據類型及其范圍

Question

C++ 中是否存在具有范圍的數據類型

1 <= N <= 10 ¹⁸
0 <= K <= 10 ¹⁸

如果沒有，是否有限制變量輸入范圍？

Answer 1

由於 10 ¹⁸ < 2 ⁶⁴ ， unsigned long long 將足以容納您請求的范圍內的值。

關於“限制變量的輸入范圍”，尚不清楚您想到了什么樣的限制：

• 您是否希望在范圍外聲明的值無法編譯的功能？
• 您是否想要這樣的功能，即如果計算的值超出該范圍，則會發生某些特殊操作（例如使程序崩潰、拋出異常或打印錯誤消息）？
• 或者您是否正在尋找一種將“超出范圍”值限制為范圍內最接近值的數據類型？
• 或者您是否正在尋找一種類似於 C++ 的內置無符號數據類型的數據類型，其中上溢（和下溢）會導致表示值中出現模式“環繞”？

其中一些處理策略可以通過自定義 class 實現（以一定的效率為代價）。 如果您不需要對超出范圍的值進行任何特定的錯誤檢查，OTOH，那么普通的舊unsigned long long將可以正常工作並且效率最高，因為它直接映射到底層 CPU 硬件。

Answer 2

如果需要限制范圍，可以將變量包裝在 class 中。 您可以重載運算符，以便您可以像往常一樣對值進行算術運算。 通常我會求助於模板來實現這樣的功能，但我認為下面的例子更容易理解。

class MyInt
{
    public:
    MyInt(int minval, int maxval);

    MyInt& operator=(MyInt const& rhs);
    MyInt& operator=(int rhs);

    private:
    int _val;
    int _minval;
    int _maxval;

    bool _is_inrange(int val);
};

每當您對 class 執行操作時，它需要檢查結果是否在正確的范圍內。 當然，您基於 class 的數據類型需要能夠適應所需的值范圍。 我以int為例。 如果您使用模板，您可以在實例化 class 時將 select 設置為基本數據類型。

MyInt::MyInt(int minval, int maxval)
{
    _minval = minval;
    _maxval = maxval;
}

bool MyInt::_is_inrange(int val)
{
    return _minval <= val && val < _maxval;
}

您可以重載運算符以使用與處理原始數據類型相同的方式處理值。 我已經實現了賦值運算符作為示例，但您也可以重載算術運算符。

MyInt& MyInt::operator=(int rhs)
{
    if (_is_inrange(rhs))
    {
        _val = rhs;
    }
    else
    {
        // throw an error or do something else.
        cout << "Error: Invalid value" << endl;
    }
    return *this;
}

MyInt& MyInt::operator=(MyInt const& rhs)
{
    if (_is_inrange(rhs._val))
    {
        _val = rhs._val;
    }
    else
    {
        // throw an error or do something else.
        cout << "Error: Invalid value" << endl;
    }
    return *this;
}

最后，這是您將如何在程序中使用該 class 的方法。

int main()
{
    MyInt custom_int(0, 10);
    cout << "Assigning valid value..." << endl;
    custom_int = 9;

    cout << "Assigning invalid value..." << endl;
    custom_int = 10;

    return 0;
}