C における符号付き整数と符号なし整数のオーバーフロー動作とは何ですか?

C の符号付き整数のオーバーフロー動作

C では、C と同様、符号付き整数のオーバーフローは未定義の動作です。これは、オーバーフローする式の結果が標準で指定されておらず、コンパイラーが実装定義の方法で自由に処理できることを意味します。ただし、C 11 では、int8_t、int16_t、int32_t、int64_t などの「固定幅の整数」型の概念が導入されました。

固定幅の整数型

これらの型は、負の数が 2 の補数表現を使用して表現されることを保証します。これは、これらの型の算術演算がモジュロ 2^n (n は整数の幅) として動作する可能性があることを示唆しています。ただし、これは当てはまりません。

固定幅型のオーバーフロー動作

固定幅型の場合でも、符号付き整数のオーバーフローは未定義の動作のままです。 C 11 標準 (段落 5/4) では、式の結果が数学的に未定義または表現不可能な値になる場合、その動作は未定義であると明示的に規定されています。

符号なし整数オーバーフロー

符号付き整数オーバーフローとは対照的に、符号なし整数オーバーフローは固定幅型に対して明示的に定義されています。 C 11 標準の段落 3.9.1/4 によると、符号なし算術は 2^n を法とする算術の法則に従います。脚注 46 は、結果が表現可能な最大値を法として削減されるため、符号なし整数演算がオーバーフローしないことを明確にしています。

結論

固定幅型には 2 の補数表現を使用しているにもかかわらず、符号付き整数オーバーフローの動作は未定義のままです。一方、符号なし整数のオーバーフローは明確に定義されており、モジュロ演算に従います。この違いは、C の符号付き整数型と符号なし整数型の基本的な違いを強調しています。

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