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C++怎么使用midpoint_C++安全中间值教程【数值】

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-02-25 14:02:03

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来源于php中文网

原创

std::midpoint是c++20新增的安全求中点函数,老版本需手动实现;它通过无溢出算法避免有符号整数加法ub,支持整型、指针和浮点,而(a+b)/2易导致溢出或编译错误。

c++怎么使用midpoint_c++安全中间值教程【数值】

标准库里没有 midpoint,C++20 才正式加入,老版本必须自己写或用 std::midpoint 的替代逻辑,否则容易整数溢出。

为什么 std::midpoint 不能直接用(C++17 及更早)

很多项目还卡在 C++14/17,std::midpoint 是 C++20 引入的,头文件是 <numeric></numeric>,但编译器不支持就报 ‘midpoint’ is not a member of ‘std’。别试了,它真不存在。

  • Clang 10+、GCC 10+、MSVC 19.28+ 才开始支持 C++20 的 std::midpoint
  • 即使开了 -std=c++20,旧版编译器也会静默忽略或报错
  • 别依赖 IDE 自动补全——它可能从头文件注释或未来标准里“猜”出了这个函数

std::midpoint(a + b) / 2 差在哪

核心区别就一个:是否防溢出。对有符号整数,a + b 可能触发未定义行为(UB),而 std::midpoint 用位运算等价实现,全程不溢出。

  • int a = INT_MAX, b = 1;(a + b) / 2 是 UB(加法溢出)
  • std::midpoint(a, b) 返回 INT_MAX(正确中间值)
  • 对指针类型,std::midpoint(p, q) 要求 pq 指向同一数组,且结果可表示为 T*;手写 (p + q) / 2 根本编译不过
  • 浮点数上两者行为一致,但 std::midpoint 明确保证舍入方向(向偶数舍入),避免 0.1f + 0.2f 类精度陷阱

手动实现安全的 midpoint(兼容 C++11)

别抄网上“(a & b) + ((a ^ b) >> 1)”那种只适用于无符号的写法——它对负数完全错误。正确做法分类型处理:

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

// C++11 兼容,支持整型、指针、浮点
template <class T>
constexpr T safe_midpoint(T a, T b) {
    using U = typename std::make_unsigned<T>::type;
    if constexpr (std::is_integral_v<T> && std::is_signed_v<T>) {
        // 有符号整数:转无符号做算术,避免 UB
        return static_cast<T>(static_cast<U>(a) + (static_cast<U>(b) - static_cast<U>(a)) / 2);
    } else if constexpr (std::is_pointer_v<T>) {
        auto da = b - a;
        return a + da / 2;
    } else {
        return (a + b) / 2; // 浮点安全,且语义一致
    }
}
  • intsafe_midpoint(INT_MIN, INT_MAX) 返回 -1(正确)
  • 别用 std::abs 或条件分支判断正负——分支影响 constexpr 和性能
  • 指针版本依赖 operator-operator+,确保你传的是同数组指针,否则行为未定义
  • 如果项目已用 C++20 且确认编译器支持,直接用 std::midpoint,它做了更多边界检查(比如对 nullptr

常见误用和调试线索

看到二分查找 crash 或结果偏移,先查是不是用了裸 (low + high) / 2。这不是风格问题,是潜在崩溃点。

  • 错误现象:std::vector::at()out_of_range,但下标明明在 [0, size) 内 → 很可能是 mid 算错了
  • Clang 编译加 -fsanitize=undefined 会直接捕获 signed integer overflow
  • std::midpoint 时传入不同类型的参数(如 intlong)会编译失败,必须显式转换
  • 模板推导失败常见于指针:传 &arr[0]&arr[N]int*,但若数组是 const int[],类型是 const int*,必须一致

最麻烦的不是写不对,是写对了但忘了所有调用点都得换——尤其封装在工具函数里时,漏一处就白干。

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