Переполнение целых чисел без знака в C/C

В сфере компьютерного программирования понимание переполнения целых чисел имеет решающее значение для обеспечения безопасности операций. Примечательная цитата из статьи о целочисленной безопасности гласит, что вычисления, включающие беззнаковые операнды, никогда не могут переполниться. Но что это на самом деле означает?

Понимание поведения

Целые типы без знака не представляют отрицательные значения. Они могут хранить только положительные целые числа до максимального значения. Когда вычисление с использованием целых чисел без знака приводит к получению значения, превышающего этот максимум, такое поведение называется «переходом».

Пример

Давайте рассмотрим приведенный пример в ответе:

UINT_MAX   1 == 0
UINT_MAX   2 == 1
UINT_MAX   3 == 2

Как видите, когда сумма двух целых чисел без знака превышает UINT_MAX, результат переходит от максимального значения (UINT_MAX) к минимальному значению (0). Такое поведение напоминает операцию по модулю, при которой результат уменьшается на максимальное значение плюс единица.

Математическая аналогия

Представьте круговую дорожку с 10 маркерами, каждый из которых представляет собой целое число без знака от 0 до 9. Если вы начнете с маркера 9 и продвинетесь на 3 шага вперед, вы окажетесь у маркера 2. Такое поведение отражает циклический цикл. свойство переполнения беззнакового целого числа.

Последствия в программировании

Переполнение беззнакового целого числа может привести к неправильным вычислениям и уязвимостям в приложениях, чувствительных к безопасности. Например, если вы используете целое число без знака для подсчета количества элементов в массиве и случайно превышаете предел, это может привести к доступу к памяти за пределами предполагаемых границ.

Поэтому важно знать поведение переполнения беззнаковых целых чисел и использовать соответствующие методы для предотвращения его возникновения. Это включает в себя правильный выбор типа данных, проверку диапазона и тщательное рассмотрение целочисленных операций в вашем коде.