■この記事の概要
この記事では、C言語で発生する計算結果の不一致について解説しています。具体例として、0xFFFFffff + 1の桁あふれや、浮動小数点計算の順序により異なる結果が生じるケースを取り上げています。また、接尾子Lを活用することで桁あふれを回避する方法を詳述し、安全な数値操作を推奨しています。
■足し算の基本的な使い方
//基本的な足し算
#include <stdio.h>
int main(void){
printf("足し算 1+1=%d\n",1+1);
int a = 10;
int b = 1;
a = a + b;
printf("算術+演算子 %d\n",a);
a = 100;
a += b;
printf("+=代入演算子 %d\n",a);
a = 1000;
printf("後置演算子++ %d\n",a++);
a = 10000;
printf("++前置演算子 %d\n",++a);
}./a.out
足し算 1+1=2
算術+演算子 11
+=代入演算子 101
後置演算子++ 1000
++前置演算子 10001C言語の足し算はだいたい算数と同じですが
違いもあるので注意が必要です。
■足し算には桁あふれの危険がある
//C言語での桁あふれ
#include <stdint.h>
#include <limits.h>
#include <stdio.h>
int main(void){
uint32_t x = UINT_MAX ;
uint64_t y = x + 2 ;
uint64_t z = x + 2L ;
printf("y = %lx\n",y);
printf("z = %lx\n",z);
}
$ ./a.out
1
100000001y = x + 2 ;と記述すると右辺をint型で計算するため桁あふれします。
y = x + 2L ;と記述すると右辺をlong型で計算するため桁あふれしません。
■16進数と10進数で結果が変わる
注:LP64-gcc環境とします。
#include <stdio.h>
int main(void){
printf("%lx\n",0xFFFFffff+1);
printf("%lx\n",4294967295+1);
}./a.out
0
100000000筆者も間違えました
■浮動小数点は足し算の順番で結果が変わる
#include <float.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
long double ゴジラ = FLT_MAX; // 巨大
long double 人間 = 1.0L; // 比較的小さな数
long double コング = -FLT_MAX; // 巨大
long double 人間踏まれる = ゴジラ + 人間 + コング ;
long double 人間生きてる = ゴジラ + コング + 人間 ;
printf("人間踏まれる = %.20Lf\n", 人間踏まれる);
printf("人間生きてる = %.20Lf\n", 人間生きてる);
}./a.out
人間踏まれる = 0.00000000000000000000
人間生きてる = 1.00000000000000000000この例を簡単に例えると、
人間踏まれるの計算では
ゴジラ対人間は、人間が踏まれて誤差に丸め込まれます。
人間生きてるの計算では
ゴジラ対コングは０になり、後から人間を足すので1.0が残ります。
■sum += x が sum = sum + x より好ましい理由
//sum += x が sum = sum + x より好ましい理由
int Long_and_complex_expressions = 0;
#include <stdio.h>
void OK(void){
int sum = 0;
for(int i = 1;i<=10;i++){
sum += i;
}
printf("OK:sum = %d\n",sum);
}
void NG(void){
int Long_and_complex_expressions_sum = 0;
for(int i = 1;i<=10;i++){
Long_and_complex_expressions_sum
= Long_and_complex_expressions + i;
}
printf("NG:sum = %d\n",Long_and_complex_expressions_sum);
}
int main(void){
OK();
NG();
}./a.out
OK:sum = 55
NG:sum = 10
OK関数は意図した１から１０の合計値55になりますが、
NG関数は意図した結果になりません。
sum += x が
sum = sum + x より好ましい理由は
このサンプルのように
長い複雑な式を２度見なくて済むからです。
参考:
DCL16-C. long 値を表すには小文字の “l” ではなく大文字の “L” を使う
