如何在结果范围最小的C中将uint转换为int

Question

我想要两个无界整数之间的区别，每个都由一个uint32_t值表示，这个值是取模2^32的无界整数。例如，TCP序列号。注意，与more restricted questions that do not allow wrapping around 0不同，模2^32表示可以环绕在0左右。

假设基础无界整数之间的差异在正常int的范围内。我要这个有符号的差额值。换句话说，返回一个在正常int范围内的值，该值等于两个uint32_t输入模2^32的差值。

例如，0 - 0xffffffff = 1，因为我们假设底层无界整数在int范围内。证明:如果A mod 2^32 =0，B mod 2^32 =0 0xffffffff，则(A=0，B=-1) (mod 2^32)，因此(A-B=1) (mod 2^32)，在int范围内，该模类具有单一代表的1。

我使用了以下代码：

static inline int sub_tcp_sn(uint32_t a, uint32_t b)
{
    uint32_t delta = a - b;

    // this would work on most systems
    return delta;

    // what is the language-safe way to do this?
}

这在大多数系统上都是有效的，因为它们对uint和int都使用模2^32表示，而普通的模2^32减法是在这里生成的唯一合理的汇编代码。

但是，我认为C标准只在delta>=0中定义了上述代码的结果。例如，在this question上，有一个回答说：

如果我们将一个超出范围的值赋值给一个有符号类型的对象，则结果是未定义的.程序看起来可能工作，它可能崩溃，或者它可能产生垃圾值。

如何按照C标准实现从uint到int的模-2^32转换？

注意:我希望答案代码不包含条件表达式，除非你能证明它是必需的。(代码解释中的案例分析是可以的)。

Answer 1

一定有一个标准的函数来做这个..。但与此同时：

#include <stdint.h>  // uint32_t
#include <limits.h>  // INT_MAX
#include <assert.h>  // assert

static inline int sub_tcp_sn(uint32_t a, uint32_t b)
{
    uint32_t delta = a - b;
    return delta <= INT_MAX ? delta : -(int)~delta - 1;
}

请注意，在这种情况下，结果是不可表示的，但问题是，这是可以的。

如果系统具有64位long long类型，那么范围也可以很容易地进行定制和检查：

typedef long long sint64_t;

static inline sint64_t sub_tcp_sn_custom_range(uint32_t a, uint32_t b,
                             sint64_t out_min, sint64_t out_max)
{
    assert(sizeof(sint64_t) == 8);
    uint32_t delta = a - b;
    sint64_t result = delta <= out_max ? delta : -(sint64_t)-delta;
    assert(result >= out_min && result <= out_max);
    return result;
}

例如，sub_tcp_sn_custom_range(0x10000000, 0, -0xf0000000LL, 0x0fffffffLL) == -0xf00000000。

使用范围自定义，该解决方案在所有情况下都将范围损失降到最低，假设时间戳的行为是线性的(例如，在0周围没有特殊意义)，并且可以使用被签名的64位类型。