Вопрос или проблема
Читая исходный код для RakNet на GitHub, я наткнулся на следующее в RakNetDefines.h.
typedef unsigned char RPCIndex;
const int MAX_RPC_MAP_SIZE=((RPCIndex)-1)-1;
const int UNDEFINED_RPC_INDEX=((RPCIndex)-1);
Запустив следующий код через онлайн-компилятор C++:
#include <iostream>
typedef unsigned char RPCIndex;
const int MAX_RPC_MAP_SIZE=((RPCIndex)-1)-1;
const int UNDEFINED_RPC_INDEX=((RPCIndex)-1);
int main() {
std::cout << MAX_RPC_MAP_SIZE << " ";
std::cout << UNDEFINED_RPC_INDEX;
return 0;
}
Я получаю 254 255 в качестве вывода. Хотя я знаю, что 255 является (обычно) максимальным значением для unsigned char в C++, я был шокирован тем, что простое указание имени типа и вычитание одного из него приводит к его максимальному значению. Более того, выражение (RPCIndex)-0 равно 0. Почему это происходит в C++? Есть ли на это историческая причина, удобно ли это, или я что-то упускаю?
(RPCIndex)-1 анализируется как выражение приведения к типу в стиле C вида (T)E, где T — это тип, а E — унарное выражение.
В этом случае T — это тип RPCIndex, а E — выражение -1, которое является унарным оператором минус, применяемым к целочисленному литералу 1.
Результатом является значение -1, преобразованное в RPCIndex. Поскольку RPCIndex является беззнаковым целочисленным типом, результатом будет представимое значение RPCIndex, конгруэнтное -1 по модулю 2**w, где w — это ширина целочисленного типа RPCIndex. Другими словами, это выдает 2**w-1, максимальное representable значение беззнакового целочисленного типа.
Я думаю, вы можете увидеть, как работает (RPCIndex)-0…
Этот трюк с приведением -1 происходит из C, где нет другого способа назвать максимальное значение некоторого псевдонимного беззнакового целочисленного типа, не зная, что он представляет собой, или каково его максимальное значение заранее.
В C++ можно более четко выразить намерение с помощью std::numeric_limits из <limits>. Трюк с -1 больше не нужен:
const int UNDEFINED_RPC_INDEX = std::numeric_limits<RPCIndex>::max();
В общем, код больше напоминает C, чем (современный) C++ код, хотя он также работает ожидаемым образом в C++.
Происходит то, что вы выполняете приведение в стиле C. (RPCIndex)-1 говорит о том, чтобы привести -1, которое является int, к RPCIndex. RPCIndex является псевдонимом для unsigned char, и ключевым моментом здесь является то, что он беззнаковый.
С беззнаковыми типами они не становятся отрицательными. Вместо этого они оборачиваются по модулю 2n, где n — это битовая ширина типа. Это означает, что -1 становится 2n – 1, что является максимальным значением для типа.
Ответ или решение
Вопрос о том, почему выражение (RPCIndex)-1 возвращает максимальное значение для типа unsigned char в C++, требует внимательного рассмотрения механизмов приведения типов и представления данных в языке C++.
Понимание приведения типов
Когда мы пишем (RPCIndex)-1, это интерпретируется как C-стиль приведения типов, где RPCIndex является псевдонимом для типа unsigned char. Оператор -1 сначала вычисляется как целое число со знаком, и затем это значение приводится к типу unsigned char. Основные моменты здесь заключаются в том, что unsigned char, как и другие беззнаковые целочисленные типы, не поддерживает отрицательные значения, и все операции происходят в пределах модуля (2^n) (где (n) – размер в битах типа).
Влияние знака и двухкомплементарного представления
При приведении типа происходит следующее:
- Значение
-1, которое в двоичном представлении записывается как все единицы (например,11111111дляunsigned char, который имеет размер 8 бит), преобразуется в беззнаковый тип. - В C++ для беззнаковых типов любое отрицательное значение интерпретируется по модулю (2^n). Конкретно, для
unsigned charзначение-1становится (2^8 – 1), что равно 255 – максимальное значение, которое может быть представлено в данном типе.
Таким образом, выражение (RPCIndex)-1 эквивалентно 255, поскольку оно преобразует -1 в его соответствующее беззнаковое значение.
Определение констант
Теперь рассмотрим, как используется это приведенное значение в вашем коде. В коде определяются две константы:
const int MAX_RPC_MAP_SIZE = ((RPCIndex)-1) - 1; // Это 254
const int UNDEFINED_RPC_INDEX = ((RPCIndex)-1); // Это 255MAX_RPC_MAP_SIZEполучает значение 254, потому что 255 (максимальное значениеRPCIndex) уменьшается на 1.UNDEFINED_RPC_INDEXполучает значение 255, что соответствует максимальному значению типаunsigned char.
Альтернативные способы получения максимального значения
Данный подход к определению максимальных значений для беззнаковых типов уходит корнями в C, где аналогичного способа не существовало для получения максимального значения без знания внутреннего представления типов. Однако, начиная с C++, более современный подход включает использование std::numeric_limits из библиотеки <limits>, что является более понятным и безопасным способом:
#include <limits>
const int UNDEFINED_RPC_INDEX = std::numeric_limits<RPCIndex>::max();Сейчас использование std::numeric_limits становится предпочтительным, так как оно более выразительно и позволяет избежать ошибок, связанных с неправильным приведением типов.
Заключение
Таким образом, использование (RPCIndex)-1 в C++ демонстрирует глубокую связь между привидением типов и представлением данных в памяти. Хотя этот подход легитимен и корректен, современные практики программирования рекомендуют использование более безопасных и понятных возможностей, предлагаемых стандартной библиотекой, таких как std::numeric_limits. Это не только улучшает читаемость кода, но и способствует его поддерживаемости и снижает риск ошибок, связанных с неправильным пониманием работы с типами.