Code Fix

中級

int型の最大値に1を足すと最小値(負の数)に折り返る

INT_MAXに1を足すと、多くの環境ではINT_MINまで折り返り、突然大きな正の数が大きな負の数に変わります。

なぜエラーが出ないのか

出力: -2147483648
(エラーなし)
Cは何も報告しません。コンパイルも実行も正常に完了するためです
出力: -2147483648
実際の挙動 — 期待した結果と食い違っている箇所
見つけ方
エラーが出ないので、出力を目で確かめるか、コードを目で追うしかありません。この種の誤りが最も発見が遅れます

このエラーが出る典型パターン

パターン1

 1  #include <limits.h>
 2  #include <stdio.h>
 3  
 4  int main(void) {
 5      int x = INT_MAX;
 6      long y = (int         )x + 1;
                        ^
 7      printf("%ld\n", y);
 8      return 0;
 9  }
出力: -2147483648期待: 2147483648

(int)x + 1はint型のまま加算されるため、INT_MAXを超えた瞬間に折り返り負の数になります。longにキャストしてから足せば、加算そのものがlong型で行われるため折り返りません。

直し方: intlong にします。

この問題を解いてみる →

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パターン2

 1  #include <limits.h>
 2  #include <stdio.h>
 3  
 4  int main(void) {
 5      int count = INT_MAX - 1;
 6      long total = (int         )count + 3;
                            ^
 7      printf("%ld\n", total);
 8      return 0;
 9  }
出力: -2147483647期待: 2147483649

countがINT_MAXに近い値の場合、3を足しただけでも簡単にオーバーフローします。加算前にlongへ広げておくことが対策になります。

直し方: intlong にします。

この問題を解いてみる →

パターン3

 1  #include <limits.h>
 2  #include <stdio.h>
 3  
 4  int main(void) {
 5      int stock = INT_MAX;
 6      long updated = (int         )stock + 100;
                              ^
 7      printf("%ld\n", updated);
 8      return 0;
 9  }
出力: -2147483549期待: 2147483747

在庫数や合計値を数える変数の型が小さすぎると、長時間動作するプログラムで突然この種のオーバーフローが発生します。

直し方: intlong にします。

この問題を解いてみる →

よくある誤解

エラーにも警告にもなりません。C言語の符号付き整数のオーバーフローは未定義動作と定義されていますが、多くのコンパイラ・環境では実質的に2の補数表現に基づいてビットがそのまま折り返ります。合計値や個数を数える変数の型が小さすぎると、長時間動作するプログラムで突然発生することがあります。

まとめ

int型の最大値に1を足すと最小値(負の数)に折り返るは中級でつまずきやすい項目です。上の3パターンを実際に手で直すと、エラーメッセージのどこを読めばよいかが掴めます。

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