聊聊数据溢出的事

Fireflycjd 2023-03-28 原文

1、前言

直接看代码

uint32_t Time_Interval()
{
  static uint32_t old_time_tick;
  uint32_t data;
  data = sys_time_tick_ms - old_time_tick;
  old_time_tick = sys_time_tick_ms;
  return data;
}

上述代码，sys_time_tick_ms每隔1ms自动加1，Time_Interval函数的作用是的，计算上一次调用Time_Interval和下一次调用的时间差，单位ms。

在这里存在一个风险，就是sys_time_tick_ms到达最大值后会溢出，会变成0。所以之前的代码我的习惯是先判断一下sys_time_tick_ms和old_time_tick的大小关系。

uint32_t Time_Interval()
{
  static uint32_t old_time_tick;
  uint32_t data;
  if(sys_time_tick_ms > old_time_tick)
    data = sys_time_tick_ms - old_time_tick;
  else
    data = sys_time_tick_ms + (0xFFFFFFFF - old_time_tick);
  old_time_tick = sys_time_tick_ms;
  return data;
}

然而一次和同事交流的时候，我意识到其实不用这么做的，sys_time_tick_ms直接减去old_time_tick就行。如下代码

  sys_time_tick_ms = 0xFFFFFFFF - 2;
  old_time_tick = sys_time_tick_ms;
  sys_time_tick_ms++;
  data = sys_time_tick_ms-old_time_tick;
  printf("sys_time_tick_ms:%x  data:%d\r\n",sys_time_tick_ms,data);
  sys_time_tick_ms++;
  data = sys_time_tick_ms-old_time_tick;
  printf("sys_time_tick_ms:%x  data:%d\r\n",sys_time_tick_ms,data);
  sys_time_tick_ms++;
  data = sys_time_tick_ms-old_time_tick;
  printf("sys_time_tick_ms:%x  data:%d\r\n",sys_time_tick_ms,data);
  sys_time_tick_ms++;
  data = sys_time_tick_ms-old_time_tick;
  printf("sys_time_tick_ms:%x  data:%d\r\n",sys_time_tick_ms,data);
  sys_time_tick_ms++;
  data = sys_time_tick_ms-old_time_tick;
  printf("sys_time_tick_ms:%x  data:%d\r\n",sys_time_tick_ms,data);

具体打印如下

sys_time_tick_ms:fffffffe  data:1
sys_time_tick_ms:ffffffff  data:2
sys_time_tick_ms:0  data:3
sys_time_tick_ms:1  data:4
sys_time_tick_ms:2  data:5

可以看出，这种情况下，即使sys_time_tick_ms溢出，也不影响正常功能的。

如果你很明白这个问题，大佬可以出门左转了，这篇文章会浪费你的时间的。

2、无符号减法的本质

注意：本文只讨论无符号的减法，有符号和其他数据类型本人没有深究。

在计算机中，无符号的减法运算是通过补码来进行的，比如a-b，实质上是a补 + (-b补)。补码的定义不懂的同学请自行百度。

uint32_t a,b,c;
a=5;
b=10;
c=a-b;
printf("c:%x\r\n",c);

打印如下
c:fffffffb这个是我们上面结论的简单例子，将这个减法手动模拟一下，就方便理解了5的原码： 00000000 | 00000000 | 00000000 | 0000010110的原码：00000000 | 00000000 | 00000000 | 00001010

5的补码： 00000000 | 00000000 | 00000000 | 00000101

-10的补码：11111111 | 11111111 | 11111111 | 11110110

(5)补 + (-10)补 = 00000000 00000000 00000000 00000101 + 11111111 11111111 11111111 11110110

结果就是fffffffb

3、总结

发现这个合法的操作，能更加深入的了解无符号的加法操作。但是这种操作还是要慎重，我的测试环境是IAR7.2，建议大家使用时先测试一下，还是要谨慎的，别因为这个问题"捅了娄子"。

除了需要在开发环境中测试一下外，还需要额外的备注如下‍

uint32_t Time_Interval()
{
  static uint32_t old_time_tick;
  uint32_t data;
  data = sys_time_tick_ms - old_time_tick;//数据溢出后，由于无符号减法特性，也不会出问题
  old_time_tick = sys_time_tick_ms;
  return data;
}

建议加上这样的注释，方便其他人维护，代码清晰易读。就像switch语句，合并处理某些情况是，最好添加备注。

switch (data){
  case:0
  case:1//0和1情况一样，合并处理
    /*do some thing*/
    break;
  case:2
    /*do some thing*/
    break;
  default:
    break;
}

总结两点：

1、测试对应开发环境下是否有问题

2、养成良好习惯，写清楚注释

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