如何处理通用代码中可能混合的有符号和无符号算术？

Question

混合有符号和无符号算术的典型示例似乎是：

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    unsigned int u = 10;\n    int          a = -42;\n    auto tmp1 = u - a;\n    std::cout << tmp1 << std::endl;\n    int tmp2 = tmp1;\n    std::cout << tmp2 << std::endl;\n

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（请注意，我使用的是auto tmp1这样我可以显示中间结果并检查类型。当然，在实际代码中，这都是一行）

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如果你启用足够多的警告（-Wconversion在 clang-13 上，另外，-Wsign-conversion在 gcc-11 上），编译器会很好地抱怨：

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main.cpp:148:21: warning: conversion to \xe2\x80\x98unsigned int\xe2\x80\x99 from \xe2\x80\x98int\xe2\x80\x99 may change the sign of the result [-Wsign-conversion]\n  148 |     auto tmp1 = u - a;\n      |                     ^\nmain.cpp:150:16: warning: conversion to \xe2\x80\x98int\xe2\x80\x99 from \xe2\x80\x98unsigned int\xe2\x80\x99 may change the sign of the result [-Wsign-conversion]\n  150 |     int tmp2 = tmp1;\n

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但至少“答案是正确的”：

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output

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52\n52\n

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很好地解释了为什么这仍然“有效”，在这里：\n /sf/answers/1792679801/

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当然，一般且正确的建议是：“不要混合有符号和无符号类型”。

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然而，最近，在用户选择类型的通用代码中，我遇到了这个简化的示例：

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main.cpp:148:21: warning: conversion to \xe2\x80\x98unsigned int\xe2\x80\x99 from \xe2\x80\x98int\xe2\x80\x99 may change the sign of the result [-Wsign-conversion]\n  148 |     auto tmp1 = u - a;\n      |                     ^\nmain.cpp:150:16: warning: conversion to \xe2\x80\x98int\xe2\x80\x99 from \xe2\x80\x98unsigned int\xe2\x80\x99 may change the sign of the result [-Wsign-conversion]\n  150 |     int tmp2 = tmp1;\n

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如果您启用了正确的警告，编译器仍然会很好地抱怨：

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main.cpp:155:17: warning: conversion to \xe2\x80\x98unsigned int\xe2\x80\x99 from \xe2\x80\x98int\xe2\x80\x99 may change the sign of the result [-Wsign-conversion]\n  155 |     auto avg1 = sum  / count;\n      |                 ^~~\nmain.cpp:157:16: warning: conversion to \xe2\x80\x98int\xe2\x80\x99 from \xe2\x80\x98unsigned int\xe2\x80\x99 may change the sign of the result [-Wsign-conversion]\n  157 |     int avg2 = avg1;\n

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答案是灾难性的错误：

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output

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429496719\n429496719\n

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在实际代码中，它在一个循环中运行，并avg反馈到sum. 于是sum很快就溢出来了。有符号整数溢出这是未定义的行为。我的UBSan尽职尽责地开始了，蝴蝶从电脑里飞出来给我做午饭。

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当用户选择类型时，在通用代码中解决此问题的安全方法是什么？

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1. 显而易见的auto avg1 = sum / static_cast<int>(count); ？？有效，不再有 UB，正确答案，并且没有警告。但看起来像是一个木棍/大锤，并且可能隐藏其他问题？
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2. 限制用户选择的类型（使用概念sum或类似概念） ，使得、count和avg始终具有相同的“符号”。
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或者完全是别的什么......？

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编辑

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为了清楚起见，下面是玩具模板的样子，以及用户可能会如何被抓住。

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52\n52\n

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Output

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-10\n429496719\n

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对于那些对较长的激励示例感兴趣的人，此代码审查中已详细说明了所有内容：\n https://codereview.stackexchange.com/questions/274171/generic-exponential-damping-to-smooth-noisy-signals

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