Java——如何判断整数溢出-白红宇

Java——如何判断整数溢出

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发布时间：2023-03-28

本文共 2404 字，大约阅读时间需要 8 分钟。

如何检测整数相加是否溢出并处理

在编程中，处理整数溢出的问题是非常重要的，尤其是在执行加法、减法和乘法操作时。Java中的整数类型有固定的范围，int的范围是从-2^31到2^31-1。溢出会导致意外的结果，因此需要检测并处理溢出情况。

在本文中，我们将探讨如何检测int相加后是否溢出，并在溢出时返回Integer.MAX_VALUE。我们还将讨论减法和乘法的溢出检测方法。

加法溢出检测

对于加法操作，我们可以使用位运算来检测溢出。具体来说，我们可以检查x和y的和是否导致符号位发生变化。

代码实现

public static int addExact(int x, int y) {    int r = x + y;    if (((x ^ r) & (y ^ r)) < 0) {        throw new ArithmeticException("integer overflow");    }    return r;}

代码解释

计算和：首先，计算x和y的和，结果存储在变量r中。

检查符号位变化：通过位运算检测x和y的和r的符号是否与x和y的符号不同。具体来说，检查(x ^ r)和(y ^ r)的按位与是否小于0。如果小于0，说明符号发生了变化，可能发生溢出。

抛出异常：如果检测到符号变化且r不为0，抛出ArithmeticException异常，表示整数溢出。

返回结果：如果没有溢出，返回结果r。

这个方法有效地检测了加法溢出，并且在溢出时正确处理了异常。

减法溢出检测

对于减法操作，检测溢出的逻辑与加法类似，但需要考虑减法的特殊性。

代码实现

public static int subtractExact(int x, int y) {    int r = x - y;    if (((x ^ r) & (y ^ r)) < 0) {        throw new ArithmeticException("integer overflow");    }    return r;}

代码解释

计算差：首先，计算x减去y的差，结果存储在变量r中。

检查符号位变化：通过位运算检测x和y的差r的符号是否与x和y的符号不同。具体来说，检查(x ^ r)和(y ^ r)的按位与是否小于0。

抛出异常：如果检测到符号变化且r不为0，抛出ArithmeticException异常，表示整数溢出。

返回结果：如果没有溢出，返回结果r。

这个方法同样有效地检测了减法溢出，并且在溢出时正确处理了异常。

乘法溢出检测

对于乘法操作，检测溢出的逻辑需要考虑乘法的性质，并且可以使用不同的方法来处理。

int乘法溢出检测

public static int multiplyExact(int x, int y) {    long r = (long)x * (long)y;    if ((int)r != r) {        throw new ArithmeticException("integer overflow");    }    return (int)r;}

代码解释

计算乘积：将x和y转换为long类型，计算它们的乘积，结果存储在变量r中。

检查溢出：将结果r转换回int类型，如果转换后与原值不一致，说明发生了溢出。

抛出异常：如果发生溢出，抛出ArithmeticException异常。

返回结果：如果没有溢出，返回转换后的int结果。

这个方法利用了long的范围来避免int溢出，并通过转换检查是否溢出。

long乘法溢出检测

对于long乘法，检测溢出的逻辑稍微复杂一些，但可以通过检查乘积的绝对值是否超过long的范围来实现。

public static long multiplyExact(long x, long y) {    long r = x * y;    long ax = Math.abs(x);    long ay = Math.abs(y);    if (((ax | ay) >>> 31 != 0)) {        // Some bits greater than 2^31 that might cause overflow        // Check the result using the divide operator        // and check for the special case of Long.MIN_VALUE * -1        if (((y != 0) && (r / y != x)) || (x == Long.MIN_VALUE && y == -1)) {            throw new ArithmeticException("long overflow");        }    }    return r;}