C#中的数值溢出检查

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C#中的数值溢出检查

在 C# 中进行算术运算、数值类型转换时，可能发生边界溢出问题。比如对于 32 位整型（int），最大值为$2^{31}-1$，最小值为$-2^{31}$，如果超出此范围即为越界。

一般处理越界有两种方法，第一种是采用 System.OverflowException 异常捕获机制，第二种是执行算术运算之前进行越界检查。

System.OverflowException异常捕获

在 C# 中有两种情况会引发 System.OverflowException 异常：

  • 执行算术运算时，运算结果超过类型范围
  • 数值类型转换时，比如 int 向 byte 转换

数值运算引发越界：

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static void Main(string[] args)
{
    int value = 780000000;
    checked
    {
        try
        {
            // Square the original value.
            int square = value * value;
            Console.WriteLine("{0} ^ 2 = {1}", value, square);
        }
        catch (OverflowException)
        {
            double square = Math.Pow(value, 2);
            Console.WriteLine("Exception: {0} > {1:E}.",square, Int32.MaxValue);
        }
    }
}

大范围类型向小范围类型转换：

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static void Main(string[] args)
{
    byte value = 241;
    checked
    {
        try
        {
            sbyte newValue = (sbyte)value;
            Console.WriteLine("Converted the {0} value {1} to the {2} value {3}.",
                              value.GetType().Name, value,
                              newValue.GetType().Name, newValue);
        }
        catch (OverflowException)
        {
            Console.WriteLine("Exception: {0} > {1}.", value, SByte.MaxValue);
        }
    }
}

这里需要特别注意的是，需要进行越界检查的代码，必须在 checked 块中，否则系统将不会引发越界异常。

提前检查

对于可能发生越界的运算，在进行计算之前，对运算进行越界评估，比如下面：

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class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        int i = 2147483640;
        if( i > int.MaxValue - 10)
        {
            Console.WriteLine("Overflow");
        }
        i += 10;
    }
}

对于其他运算也是类似，只不过检查方法有些差别。这种方法也存在一些局限性，通常只用在整型的检查，对于浮点类型来说，由于精度影响，计算出来的结果可能会有误差。所以在实际项目中，最好采用第一种方式来进行越界检查。