c++ - 使用无符号数据类型来强制执行非负值和/或有效值是最佳做法吗？

Question

最近，在重构 session 期间，我正在查看我编写的一些代码并注意到几件事:

1. 我的函数使用 unsigned char 强制值在 [0-255] 区间内。
2. 其他函数使用 int 或 long 数据类型以及函数内部的 if 语句来静默限制值到有效范围。
3. 类中包含的值和/或声明为具有未知上限但已知且确定的非负下限的函数的参数被声明为unsigned 数据类型(int 或 long 取决于 upper bound 的可能性超过 4,000,000,000)。

这种不一致令人不安。这是我应该继续的好做法吗？我是否应该重新考虑逻辑并坚持使用 int 或 long 以及适当的非通知钳位？

关于使用“适当”的注意事项:在某些情况下，我使用 signed 数据类型并在值超出范围时抛出通知异常，但这些是为 divde by 保留的零和构造函数。

Answer 1

在 C 和 C++ 中，有符号和无符号整数类型具有某些特定的特征。

有符号类型的边界远非零，超出这些边界的操作具有未定义的行为(或在转换的情况下由实现定义)。

无符号类型的下限为零，上限远离零，超出这些界限的操作会悄悄回绕。

通常，您真正想要的是一个特定范围的值，当操作超出这些范围时(饱和、发出错误信号等)具有某些特定行为。 signed 和 unsigned 类型都不完全适合此类要求。混合有符号和无符号类型的操作可能会令人困惑；此类操作的规则由语言定义，但它们并不总是显而易见的。

无符号类型可能会出现问题，因为下限为零，因此具有合理值(远不接近上限)的操作可能会以意想不到的方式运行。例如，这个:

for (unsigned int u = 10; u >= 0; u --) {
    // ...
}

是一个无限循环。

一种方法是对并非绝对需要无符号表示的所有内容使用有符号类型，选择一个足够宽的类型来保存您需要的值。这避免了有符号/无符号混合操作的问题。例如，Java 通过完全不使用无符号类型来实现这种方法。 (就我个人而言，我认为这个决定有点矫枉过正，但我​​可以看到它的优势。)

另一种方法是对逻辑上不能为负的值使用无符号类型，并且要非常小心可能会下溢或混合有符号和无符号类型的表达式。

(还有一种方法是使用您想要的行为定义您自己的类型，但这需要成本。)

正如 John Sallay 的回答所说，一致性可能比您采用哪种特定方法更重要。

我希望我能给出“这种方式是对的，那种方式是错误的”答案，但实际上没有。