本文主要探討C/C++中無符號(hào)整數(shù)超過范圍后的計(jì)算問題。

問題提出

nrf52832 的 SDK 中是沒有時(shí)間戳獲取的函數(shù)的，為了統(tǒng)計(jì)性能耗時(shí)，也為了向一些庫提供時(shí)間戳（毫秒級別），需要自己利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)獲取毫秒的接口。

nrf52832 是 32 位的，按毫秒計(jì)算，大概49天就會(huì)達(dá)到最大值，如何處理毫秒數(shù)值溢出后的情況，其實(shí)我是不懂的?？戳诵┨?，說在單獨(dú)處理溢出反轉(zhuǎn)的情形，但總覺得這樣不太好，因此集中了一點(diǎn)時(shí)間，了解學(xué)習(xí)了無符號(hào)數(shù)的溢出（或說進(jìn)位），并寫了點(diǎn)代碼測試。

設(shè)計(jì)思路

為了方便調(diào)試，本文用 32 位虛擬機(jī) Linux 進(jìn)行測試。用get_time獲取系統(tǒng)的秒數(shù)值，其值用g_ms表示，開一線程time_handler每秒累計(jì)一次時(shí)間數(shù)值，開另一線程myfunc_sleep統(tǒng)計(jì)耗時(shí)。

需要注意的是，上面所述僅是模擬演示，旨在說明本質(zhì)問題，并非實(shí)際使用的。

工程代碼

首先簡單測試無符號(hào)數(shù)的相加，函數(shù)如下：

// 測試無符號(hào)溢出后的差值 delta
void delta_test(int delta)
{
    mytime_t start = 0xfffffffe;
    /* 以ms為10為例，ent得到的結(jié)果為8
     8 - start = 10
     因此，即使溢出后，差值也是不變的
     在延時(shí)函數(shù)中，即使時(shí)間戳溢出，也是無問題的。
     */
    mytime_t end = start + delta;
    
    mytime_t mydelta = end - start;
?
    printf("end: %u start: %u delta: %u mydelta: %u\n", end, start, delta, mydelta);
    for (int i = 0; i < delta; i++)
    {
        printf("%u %d\n", start, start);
        start++;
    }
}

測試代碼：

delta_test(10);

其打印結(jié)果如下：

end: 8 start: 4294967294 delta: 10 mydelta: 10
4294967294 -2
4294967295 -1
0 0
1 1
2 2
3 3
4 4
5 5
6 6
7 7

起始數(shù)值為0xfffffffe，即4294967294，使用有符號(hào)打印，其值為-2。當(dāng)超過0xffffffff則從0開始計(jì)數(shù)。如果僅從結(jié)果看，可得到：8 - 4294967294 = 10，與傳遞的參數(shù)一致。

下面給出多線程測試代碼：

代碼中定義的時(shí)間戳變量為mytime_t，實(shí)際上是無符號(hào)類型unsigned。另外也做了測試，在32位機(jī)器上使用uint8_t類型也可以得到正確值，但負(fù)數(shù)就無法打印出來了。

測試

當(dāng)g_start的值為0xfffffffe時(shí)，測試結(jié)果如下：

test of unsigned overflow..
sizeof: 4
after sleep 3 s  1 - 4294967294 = 3
after sleep 3 s  4 - 1 = 3
after sleep 3 s  7 - 4 = 3
after sleep 3 s  10 - 7 = 3
after sleep 3 s  13 - 10 = 3

當(dāng)g_start的值為0xfffffff0時(shí)，測試結(jié)果如下：

第一次測試：
test of unsigned overflow..
sizeof: 4
after sleep 2 s  4294967282 - 4294967281 = 1
after sleep 2 s  4294967284 - 4294967282 = 2
after sleep 2 s  4294967286 - 4294967284 = 2
after sleep 2 s  4294967288 - 4294967286 = 2
after sleep 2 s  4294967290 - 4294967288 = 2
after sleep 2 s  4294967292 - 4294967290 = 2
after sleep 2 s  4294967294 - 4294967292 = 2
after sleep 2 s  0 - 4294967294 = 2
after sleep 2 s  2 - 0 = 2
after sleep 2 s  4 - 2 = 2
after sleep 2 s  6 - 4 = 2
after sleep 2 s  8 - 6 = 2
?
第二次測試：
test of unsigned overflow..
sizeof: 4
after sleep 2 s  4294967282 - 4294967280 = 2
after sleep 2 s  4294967284 - 4294967282 = 2
after sleep 2 s  4294967286 - 4294967284 = 2
after sleep 2 s  4294967288 - 4294967286 = 2
after sleep 2 s  4294967290 - 4294967288 = 2
after sleep 2 s  4294967292 - 4294967290 = 2
after sleep 2 s  4294967294 - 4294967292 = 2
after sleep 2 s  0 - 4294967294 = 2
after sleep 2 s  2 - 0 = 2
after sleep 2 s  4 - 2 = 2
after sleep 2 s  6 - 4 = 2
after sleep 2 s  8 - 6 = 2

從結(jié)果上看，基本符合要求，即延時(shí)2秒，統(tǒng)計(jì)的耗時(shí)是2。——不管是否有溢出。

擴(kuò)展知識(shí)

計(jì)算機(jī)中數(shù)值存儲(chǔ)的是2的補(bǔ)碼（2’s complement）。正數(shù)的補(bǔ)碼是其本身，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是原碼基礎(chǔ)上取反碼，末位加1。

mpu6050 芯片的陀螺儀和加速度數(shù)值，是16位有符號(hào)數(shù)值，就是用2的補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)的。

小結(jié)

對于計(jì)時(shí)、延時(shí)類的函數(shù)，記錄時(shí)間戳的變量為無符號(hào)數(shù)。類型為unsinged，不能加范圍限制，這是指平臺(tái)最大者，如32位系統(tǒng)，使用的是32位無符號(hào)數(shù)，64位的系統(tǒng)則是64位無符號(hào)數(shù)。當(dāng)變量數(shù)值溢出后，其值歸0，但計(jì)時(shí)函數(shù)是正常的，不需要額外處理溢出情況。

到此這篇關(guān)于C++無符號(hào)整數(shù)溢出探究的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++無符號(hào)整數(shù)溢出內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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