8

有没有办法编写类型特征来确定类型是否支持 C++ 中的负零（包括整数表示，例如sign-and-magnitude）？我没有看到任何直接这样做的东西，而且std::signbit似乎不是constexpr。

澄清一下：我问是因为我想知道这是否可能，无论用例可能是什么，如果有的话。

4

4 回答 4

3

不幸的是，我无法想象一种方法。事实上，C 标准认为类型表示不应该是程序员的关注点 (*)，而只是告诉实现者他们应该做什么。

作为程序员，你必须知道的是：

  • 2-补码不是负整数的唯一可能表示
  • 可能存在负 0
  • 整数的算术运算不能返回负 0，只能按位运算

(*) 这里的意见：了解内部表示可能会导致程序员使用盲目忽略严格别名规则的旧良好优化。如果您将类型视为只能在标准操作中使用的不透明对象，那么您的可移植性问题就会减少......

于 2019-02-23T08:56:30.610 回答
2

有人会过来指出这是完全错误的标准。

无论如何，十进制机器不再被允许，并且多年来只有一个负零。实际上，这些测试就足够了：

INT_MIN == -INT_MAX && ~0 == 0

但是您的代码不起作用有两个原因。不管标准怎么说，constexprs 是使用主机规则在主机上评估的，并且存在一个架构，它在编译时崩溃。

试图按摩陷阱是不可能的。~(unsigned)0 == (unsigned)-1可靠地测试 2s 恭维，所以它的逆确实检查了一个人的恭维*；但是，~0这是在一个恭维上生成负零的唯一方法，并且将该值用作有符号数的任何使用都可能陷入陷阱，因此我们无法测试其行为。即使使用特定于平台的代码，我们也无法在 constexpr 中捕获陷阱，所以算了吧。

*除非是真正异国情调的算术，但是嘿

每个人都使用#defines 进行架构选择。如果您需要了解，请使用它。

如果你给我一个实际的标准投诉编译器，它在 constexpr 中的陷阱上产生编译错误，并使用目标平台规则而不是具有转换结果的主机平台规则进行评估，我们可以这样做：

target.o: target.c++
    $(CXX) -c target.c++ || $(CC) -DTRAP_ZERO -c target.c++

bool has_negativezero() {
#ifndef -DTRAP_ZERO
        return INT_MIN == -INT_MAX && ~0 == 0;
#else
        return 0;
#endif
}
于 2019-03-06T15:47:35.570 回答
2

最好的办法是在编译时排除有符号零的可能性，但永远不要完全肯定它在编译时的存在。C++ 标准在很大程度上防止在编译时检查二进制表示：

  • reinterpret_cast<char*>(&value)中被禁止constexpr。
  • 也禁止使用union类型来规避上述规则。constexpr
  • 整数类型的零和负零的操作行为完全相同，每个 C++ 标准，没有办法区分。
  • 对于浮点运算，常量表达式中禁止除以零，因此无法进行测试1/0.0 != 1/-0.0。

唯一可以测试的是整数类型的域是否足够密集以排除有符号零：

template<typename T>
constexpr bool test_possible_signed_zero()
{
    using limits = std::numeric_limits<T>;
    if constexpr (std::is_fundamental_v<T> &&
           limits::is_exact &&
           limits::is_integer) {
        auto low = limits::min();
        auto high = limits::max();
        T carry = 1;
        // This is one of the simplest ways to check that
        // the max() - min() + 1 == 2 ** bits
        // without stepping out into undefined behavior.
        for (auto bits = limits::digits ; bits > 0 ; --bits) {
            auto adder = low % 2 + high %2 + carry;
            if (adder % 2 != 0) return true;
            carry = adder / 2;
            low /= 2;
            high /= 2;
        }
        return false;
    } else {
        return true;
    }
}

template <typename T>
class is_possible_signed_zero:
 public std::integral_constant<bool, test_possible_signed_zero<T>()>
{};
template <typename T>
constexpr bool is_possible_signed_zero_v = is_possible_signed_zero<T>::value;

仅保证如果此特征返回 false 则不可能有符号零。这种保证很弱，但我看不到任何更强的保证。此外，它对浮点类型没有任何建设性意义。我找不到任何合理的方法来测试浮点类型。

于 2019-02-24T10:17:01.710 回答
1

C++ 中的标准std::signbit函数有一个接收整数值的构造函数

  • bool signbit( IntegralType arg );(4) (C++11 起)

所以你可以用static_assert(signbit(-0)). 但是有一个脚注（强调我的）

  1. 一组重载或接受任何整数类型的 arg 参数的函数模板。等价于 (2) （参数转换为double）。

不幸的是，这意味着您仍然必须依赖负零的浮点类型。您可以强制使用带符号零的 IEEE-754std::numeric_limits<double>::is_iec559

同样具有可用于此目的std::copysign的重载。Promoted copysign ( Arithmetic1 x, Arithmetic2 y );不幸的是signbit，两者copysign都不constexpr符合当前标准，尽管有一些建议可以这样做

但是，如果您不想等待标准更新， Clang 和 GCC 已经可以考虑这些。constexpr这是他们的结果

负零的系统也有一个平衡的范围，因此可以检查正负范围是否具有相同的幅度

if constexpr(-std::numeric_limits<int>::max() != std::numeric_limits<int>::min() + 1) // or
if constexpr(-std::numeric_limits<int>::max() == std::numeric_limits<int>::min())
    // has negative zero

实际上-INT_MAX - 1也是二进制补码中定义的库INT_MIN

但最简单的解决方案是消除非二进制补码情况，现在几乎不存在

static_assert(-1 == ~0, "This requires the use of 2's complement");

有关的：

于 2019-03-06T05:51:22.317 回答