未经检查的 uint 的 C# 溢出行为

Question

我一直在 https://dotnetfiddle.net/ 测试此代码:

using System;
                
public class Program
{
    const float scale = 64 * 1024;

    public static void Main()
    {
        Console.WriteLine(unchecked((uint)(ulong)(1.2 * scale * scale + 1.5 * scale)));
        Console.WriteLine(unchecked((uint)(ulong)(scale* scale + 7)));
    }
}

如果我用 .NET 4.7.2 编译我得到

859091763

7

但是如果我使用 Roslyn 或 .NET Core，我会得到

859091763

0

为什么会发生这种情况？

Answer 1

我的结论是错误的。有关更多详细信息，请参阅更新。

看起来像您使用的第一个编译器中的错误。 在这种情况下，零是正确的结果 . C# 规范规定的操作顺序如下:

乘scale来自 scale , 屈服 a

执行 a + 7 , 屈服 b

Actor b至 ulong , 屈服 c

Actor c至 uint , 屈服 d

前两个操作为您留下浮点值
b = 4.2949673E+09f .在标准浮点运算下，这是
4294967296 ( you can check it here )。那
适合 ulong很好，所以 c = 4294967296 ，但它正好比
uint.MaxValue ，所以它往返于 0 ，因此 d = 0 .现在，令人惊讶的是，因为浮点运算是
时髦， 4.2949673E+09f和 4.2949673E+09f + 7完全一样
IEEE 754 中的数字。所以 scale * scale会给你同样的值(value)
的 float如 scale * scale + 7 , a = b ，所以第二个操作基本上是空操作。

Roslyn 编译器在编译时执行(一些)const 操作，并将整个表达式优化为 0 .再次， 这是正确的结果 ，并且允许编译器执行任何优化，这些优化将导致与没有它们的代码完全相同的行为。

我的猜测是您使用的 .NET 4.7.2 编译器也试图优化它，但有一个错误导致它在错误的地方评估强制转换。当然，如果你先投 scale到 uint然后执行操作，得到 7 , 因为 scale * scale往返 0然后你添加 7 .但是 这与您在运行时逐步评估表达式时得到的结果不一致 .同样，根本原因只是在查看产生的行为时的猜测，但鉴于我上面所说的一切，我确信这是第一个编译器方面的规范违规。

更新:

我做了一个傻瓜。有 this bit of the C# specification写上面的答案时我不知道存在的:

Floating-point operations may be performed with higher precision than the result type of the operation. For example, some hardware architectures support an "extended" or "long double" floating-point type with greater range and precision than the double type, and implicitly perform all floating-point operations using this higher precision type. Only at excessive cost in performance can such hardware architectures be made to perform floating-point operations with less precision, and rather than require an implementation to forfeit both performance and precision, C# allows a higher precision type to be used for all floating-point operations. Other than delivering more precise results, this rarely has any measurable effects. However, in expressions of the form x * y / z, where the multiplication produces a result that is outside the double range, but the subsequent division brings the temporary result back into the double range, the fact that the expression is evaluated in a higher range format may cause a finite result to be produced instead of an infinity.

C# 保证操作提供至少在 IEEE 754 级别上的精度级别，但不一定完全如此。这不是错误，而是规范功能。 Roslyn 编译器有权完全按照 IEEE 754 的规定计算表达式，而另一个编译器有权推导出 2^32 + 7是 7当放入 uint .

我很抱歉我误导性的第一个答案，但至少我们今天都学到了一些东西。