Как я могу проверить, не вызовет ли умножение двух чисел в Java переполнение?

Я хочу рассмотреть особый случай, когда умножение двух чисел приводит к переполнению. 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 aи bнаходятся в другом месте во время выполнения. Я хочу добиться примерно этого:

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

Как вы предлагаете мне лучше всего это кодировать?

Обновление: aи bвсегда неотрицательны в моем сценарии.

В Java 8 есть Math.multiplyExactи Math.addExactт.д. для int и long. Они вызывают неконтролируемое ArithmeticExceptionпереполнение.

Если aи bоба положительны, 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, 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
}

Вот небольшая таблица, которую я собрал, чтобы проверить это, делая вид, 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

Существуют библиотеки Java, которые обеспечивают безопасные арифметические операции, которые проверяют длительное переполнение / потеря значимости. Например, LongMath.checkedMultiply (long a, long b) Guava возвращает произведение aи b, при условии, что оно не переполняется, и выбрасывает ArithmeticExceptionпри a * bпереполнении в знаковой longарифметике.

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

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()
}

Используйте логарифмы, чтобы проверить размер результата.

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
}

изменить: видел Long.MAX_VALUE в вопросе

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"
}

Украдено из джруби

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

ОБНОВЛЕНИЕ: этот код короткий и хорошо работает; однако он не выполняется для a = -1, b = Long.MIN_VALUE.

Одно возможное улучшение:

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

Обратите внимание, что это перехватит некоторые переполнения без какого-либо деления.

Как уже отмечалось, в Java 8 есть методы Math.xxxExact, которые генерируют 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 в репозитории исходного кода JDK, нет гарантии, что они останутся действительными, но в любом случае вы должны иметь возможность загрузить исходный код JDK и посмотреть, как они творит чудеса внутри java.lang.Mathкласса.

Math.multiplyExact(long, long) http://hg.openjdk.java.net/jdk/jdk11/file/1ddf9a99e4ad/src/java.base/share/classes/java/lang/Math.java#l925

Math.addExact(long, long) http://hg.openjdk.java.net/jdk/jdk11/file/1ddf9a99e4ad/src/java.base/share/classes/java/lang/Math.java#l830

и т. д. и т. д.

ОБНОВЛЕНО: отключены недействительные ссылки на сторонний веб-сайт на ссылки на репозитории Mercurial Open JDK.

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

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

Выберите большее из двух чисел.

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, которая не относится к целым числам с дополнением до двух. На самом деле 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_VALUEи MAX_VALUEответ Джона Кугельмана дает случай переполнения when a == -1и b ==что-либо еще (точка, впервые поднятая 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_VALUEи MAX_VALUE, но это является общим для Java - х Longи Integerи любое значение aи b.

Может быть:

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

Не уверен в этом «решении».

Изменить: добавлен b! = 0.

Перед тем, как вы проголосуете против : a * b / b не будут оптимизированы. Это будет ошибка компилятора. Я до сих пор не вижу случая, чтобы ошибку переполнения можно было замаскировать.

возможно это поможет вам:

/**
 * @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;
    }
}

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, я не нашел int64 в java):

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. сохранить результат в большом типе (int * int поместить результат в long, long * long положить в int64)

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