如何在 Rust 中左移 (<<) 时习惯性地测试溢出？

Question

对于大多数可能溢出的运算符，Rust提供了一个检查版本。例如，为了测试加法是否溢出，可以使用checked_add:

match 255u8.checked_add(1) {
Some(_) => println!("no overflow"),
None => println!("overflow!"),
}

这将打印"overflow!"。还有一个checked_shl，但根据文档，它只检查移位是否大于或等于self中的位数。这意味着，当这个：

match 255u8.checked_shl(8) {
Some(val) => println!("{}", val),
None => println!("overflow!"),
}

被捕获并打印"overflow!"，此：

match 255u8.checked_shl(7) {
Some(val) => println!("{}", val),
None => println!("overflow!"),
}

简单地打印128，显然没有捕捉到溢出。左移时检查溢出的正确方法是什么？

Answer 1

我不知道有什么惯用的方法可以做到这一点，但像实现自己的特性这样的东西会起作用：Playground

该算法基本上是检查数字中的前导零是否不少于移位大小

#![feature(bool_to_option)]
trait LossCheckedShift {
fn loss_checked_shl(self, rhs: u32) -> Option<Self> 
where Self: std::marker::Sized;
}
impl LossCheckedShift for u8 {
fn loss_checked_shl(self, rhs: u32) -> Option<Self> {
(rhs <= self.leading_zeros()).then_some(self << rhs)
// in stable Rust
// if rhs <= self.leading_zeros() { Some(self << rhs) }
// else { None }
}
}
fn main() {
match 255u8.loss_checked_shl(7) {
Some(val) => println!("{}", val),
None => println!("overflow!"), // <--
} 

match 127u8.loss_checked_shl(1) {
Some(val) => println!("{}", val), // <--
None => println!("overflow!"),
}
match 127u8.loss_checked_shl(2) {
Some(val) => println!("{}", val),
None => println!("overflow!"), // <--
}
}

Answer 2

您可以进行互补右移(右移8-requested_number_of_bits(并检查是否剩余0。如果是这样，这意味着左移不会丢失任何比特：

fn safe_shl(n: u8, shift_for: u8) -> Option<u8> {
if n >> (8 - shift_for) != 0 {
return None; // would lose some data
}
Some(n << shift_for)
}

也可以编写一个接受任何数字类型的通用版本，包括bigint(应用于u8生成与上述完全相同的代码(：

use std::mem::size_of;
use std::ops::{Shl, Shr};
fn safe_shl<T>(n: T, shift_for: u32) -> Option<T>
where
T: Default + Eq,
for<'a> &'a T: Shl<u32, Output = T> + Shr<u32, Output = T>,
{
let bits_in_t = size_of::<T>() as u32 * 8;
let zero = T::default();
if &n >> (bits_in_t - shift_for) != zero {
return None; // would lose some data
}
Some(&n << shift_for)
}

游乐场

Answer 3

我总是取移位后的值，将其右移相同的量，然后与原始数字进行比较。如果它们不相等，那么一定发生了一些移位溢出。