Как я могу проверить, приведет ли умножение двух чисел в Java к переполнению?

Question

Я хочу обработать особый случай, когда умножение двух чисел вызывает переполнение.Код выглядит примерно так:

int a = 20;
long b = 30;

// if a or b are big enough, this result will silently overflow
long c = a * b;

Это упрощенная версия.В реальной программе a и b берутся из другого места во время выполнения.Я хочу добиться чего-то вроде этого:

long c;
if (a * b will overflow) {
    c = Long.MAX_VALUE;
} else {
    c = a * b;
}

Как вы предлагаете мне лучше всего это закодировать?

Обновлять: a и b в моем сценарии всегда неотрицательны.

Answer 1

В Java 8 есть Math.multiplyExact, Math.addExact и т. д.для целых и длинных.Они бросают неконтролируемый ArithmeticException при переполнении.

Answer 2

Если a и b оба положительны, то вы можете использовать:

if (a != 0 && b > Long.MAX_VALUE / a) {
    // Overflow
}

Если вам нужно иметь дело как с положительными, так и с отрицательными числами, тогда все сложнее:

long maximum = Long.signum(a) == Long.signum(b) ? Long.MAX_VALUE : Long.MIN_VALUE;

if (a != 0 && (b > 0 && b > maximum / a ||
               b < 0 && b < maximum / a))
{
    // Overflow
}

Чтобы проверить это, я составил небольшую таблицу, притворяясь, что переполнение происходит при -10 или +10:

a =  5   b =  2     2 >  10 /  5
a =  2   b =  5     5 >  10 /  2
a = -5   b =  2     2 > -10 / -5
a = -2   b =  5     5 > -10 / -2
a =  5   b = -2    -2 < -10 /  5
a =  2   b = -5    -5 < -10 /  2
a = -5   b = -2    -2 <  10 / -5
a = -2   b = -5    -5 <  10 / -2

Answer 3

Существуют библиотеки Java, которые обеспечивают безопасные арифметические операции и проверяют длинные переполнения/недополнения.Например, Гуава LongMath.checkedMultiply(длинный a, длинный b) возвращает продукт a и b, при условии, что он не переполняется и выбрасывает ArithmeticException если a * b переполнение в подписанном long арифметика.

Answer 4

Вместо этого вы можете использовать java.math.BigInteger и проверить размер результата (код не проверялся):

BigInteger bigC = BigInteger.valueOf(a) * multiply(BigInteger.valueOf(b));
if(bigC.compareTo(BigInteger.valueOf(Long.MAX_VALUE)) > 0) {
  c = Long.MAX_VALUE;
} else {
  c = bigC.longValue()
}

Answer 5

Используйте логарифмы, чтобы проверить размер результата.

Answer 6

Есть ли в Java что-то вроде int.MaxValue?Если да, то попробуйте

if (b != 0 && Math.abs(a) > Math.abs(Long.MAX_VALUE / b))
{
 // it will overflow
}

редактировать:видел Long.MAX_VALUE под вопросом

Answer 7

Украдено у jruby

    long result = a * b;
    if (a != 0 && result / a != b) {
       // overflow
    }

ОБНОВЛЯТЬ:Этот код короткий и работает хорошо;однако это не удается для a = -1, b = Long.MIN_VALUE.

Одно из возможных улучшений:

long result = a * b;
if( (Math.signum(a) * Math.signum(b) != Math.signum(result)) || 
    (a != 0L && result / a != b)) {
    // overflow
}

Обратите внимание, что при этом будут обнаружены некоторые переполнения без какого-либо деления.

Answer 8

Вот самый простой способ, который я могу придумать

int a = 20;
long b = 30;
long c = a * b;

if(c / b == a) {
   // Everything fine.....no overflow
} else {
   // Overflow case, because in case of overflow "c/b" can't equal "a"
}

Answer 9

Я не уверен, почему никто не смотрит на такое решение, как:

if (Long.MAX_VALUE/a > b) {
     // overflows
} 

Выберите большее из двух чисел.

Answer 10

Я хотел бы опираться на ответ Джона Кугельмана, не заменяя его, редактируя его напрямую.Это работает для его тестового примера (MIN_VALUE = -10, MAX_VALUE = 10) из-за симметрии MIN_VALUE == -MAX_VALUE, что не относится к целым числам с дополнением до двух.В действительности, MIN_VALUE == -MAX_VALUE - 1.

scala> (java.lang.Integer.MIN_VALUE, java.lang.Integer.MAX_VALUE)
res0: (Int, Int) = (-2147483648,2147483647)

scala> (java.lang.Long.MIN_VALUE, java.lang.Long.MAX_VALUE)
res1: (Long, Long) = (-9223372036854775808,9223372036854775807)

Применительно к истинному MIN_VALUE и MAX_VALUE, ответ Джона Кугельмана приводит к случаю переполнения, когда a == -1 и b == что-нибудь еще (пункт, впервые поднятый Кайлом).Вот способ исправить это:

long maximum = Long.signum(a) == Long.signum(b) ? Long.MAX_VALUE : Long.MIN_VALUE;

if ((a == -1 && b == Long.MIN_VALUE) ||
    (a != -1 && a != 0 && ((b > 0 && b > maximum / a) ||
                           (b < 0 && b < maximum / a))))
{
    // Overflow
}

Это не общее решение для любого MIN_VALUE и MAX_VALUE, но это общее для Java Long и Integer и любое значение a и b.

Answer 11

Может быть:

if(b!= 0 && a * b / b != a) //overflow

Не уверен насчет этого «решения».

Редактировать:Добавлен b != 0.

Прежде чем проголосовать против:a*b/b не будет оптимизирован.Это будет ошибка компилятора.Я до сих пор не вижу случая, когда ошибку переполнения можно было бы замаскировать.

Answer 12

возможно, это вам поможет:

/**
 * @throws ArithmeticException on integer overflow
 */
static long multiply(long a, long b) {
    double c = (double) a * b;
    long d = a * b;

    if ((long) c != d) {
        throw new ArithmeticException("int overflow");
    } else {
        return d;
    }
}

Answer 13

Как уже отмечалось, в Java 8 есть методы Math.xxxExact, которые выдают исключения при переполнении.

Если вы не используете Java 8 для своего проекта, вы все равно можете «позаимствовать» их реализации, которые довольно компактны.

Вот несколько ссылок на эти реализации на стороннем веб-сайте, нет гарантии, что они останутся действительными, но в любом случае у вас должна быть возможность зайти в исходный код JDK и посмотреть, как они творят чудеса внутри java.lang.Math сорт.

Math.multiplyExact(long, long) http://grepcode.com/file/repository.grepcode.com/java/root/jdk/openjdk/8u40-b25/java/lang/Math.java?av=f#882

Math.addExact http://grepcode.com/file/repository.grepcode.com/java/root/jdk/openjdk/8u40-b25/java/lang/Math.java?av=f#805

и т. д. и т. д.

Answer 14

c/c++ (длинный * длинный):

const int64_ w = (int64_) a * (int64_) b;    
if ((long) (w >> sizeof(long) * 8) != (long) w >> (sizeof(long) * 8 - 1))
    // overflow

java (int * int, извините, int64 в java я не нашел):

const long w = (long) a * (long) b;    
int bits = 32; // int is 32bits in java    
if ( (int) (w >> bits) ！= (int) (w >> (bits - 1))) {
   // overflow
}

1.сохраните результат крупным шрифтом (int*int поместите результат в long, long*long поместите в int64)

2.cmp результат >> биты и результат >> (биты - 1)