• 这是对问题的完全改写，希望现在能更清楚 *

我想在C中实现一个函数，执行signed int s的加法，并在溢出时进行 Package 。
我想主要针对x86 - 64架构，当然实现的可移植性越好，我也主要关心通过gcc、clang、icc以及Windows上使用的任何东西生成像样的汇编代码。
目标有两个：
1.编写正确的C代码，避免陷入未定义行为的黑洞;
1.编写可以编译成合适机器码的代码。
所谓像样的机器代码，我指的是原生支持该操作的机器上的单个leal或单个addl指令。
我能满足这两个必要条件中的任何一个，但不能同时满足两个。

尝试1

首先想到的实现是

int add_wrap(int x, int y) {
    return (unsigned) x + (unsigned) y;
}

这似乎适用于gcc、clang和icc，然而，据我所知，C标准没有指定从unsigned int到signed int的转换，让实现自由选择（另请参见here）。
否则，如果新类型有符号，并且无法在其中表示该值;结果是实现定义的或者产生实现定义的信号。
我相信大多数（所有的？）主要编译器都执行了预期的从unsigned到int的转换，这意味着它们采用了正确的代表性模数2^N，其中N是位数，但标准没有强制要求，因此不能依赖它（愚蠢的C标准再次命中）。此外，虽然这是在二进制补码机器上最简单的事情，但在一进制补码机器上是不可能的，因为有一个类是不可表示的2 ^（N/2）。

尝试2

根据clang文档，可以像这样使用__builtin_add_overflow

int add_wrap(int x, int y) {
    int res;
    __builtin_add_overflow(x, y, &res);
    return res;
}

这个应该能解决叮当声的问题，因为医生明确指出
如果可能，结果将等于数学上正确的结果，并且内置函数将返回0。否则，内置函数将返回1，并且结果将等于唯一值，该唯一值相当于数学上正确的结果模2的k次幂，其中k是结果类型中的位数。
问题是在GCC docs中他们说
这些内置函数将前两个操作数提升为无限精度带符号类型，并对提升后的操作数执行加法运算，然后将结果转换为第三个指针参数所指向的类型并存储在那里。
据我所知，从long int到int的转换是特定于实现的，所以我不能保证这会导致 Package 行为。
正如你所看到的[here][godbolt]，GCC也会生成预期的代码，但我想确定这不是偶然的，而且确实是__builtin_add_overflow规范的一部分。
icc似乎也产生了一些合理的东西。
这产生了不错的汇编，但是依赖于intrinsic，所以它不是真正符合标准的C。

尝试3

听从那些来自SEI CERT C Coding Standard的迂腐家伙的建议。
在他们的CERT INT32-C建议中，他们解释了如何提前检查潜在的溢出。以下是他们的建议：

#include <limits.h>

int add_wrap(int x, int y) {
    if ((x > 0) && (y > INT_MAX - x))
        return (x + INT_MIN) + (y + INT_MIN);
    else if ((x < 0) && (y < INT_MIN - x))
        return (x - INT_MIN) + (y - INT_MIN);
    else
        return x + y;
}

代码执行正确的检查，并使用gcc编译为leal，但不使用clang或icc。
整个CERT INT32-C建议完全是垃圾，因为它试图通过强制程序员执行检查来将C转换为"安全"语言，而这些检查首先应该是语言定义的一部分。在这样做的过程中，它还强制程序员编写编译器无法再优化的代码，那么还有什么理由再使用C呢？

编辑

对比是在生成的程序集的兼容性和得体性之间。
例如，对于gcc和clang，下面两个本应执行相同操作的函数被编译到不同的程序集。f在这两种情况下都是错误的，g在这两种情况下都很好（addl + jo或addl + cmovnol）。我不知道jo是否优于cmovnol，但函数g始终优于f。

#include <limits.h>

signed int f(signed int si_a, signed int si_b) {
  signed int sum;
  if (((si_b > 0) && (si_a > (INT_MAX - si_b))) ||
      ((si_b < 0) && (si_a < (INT_MIN - si_b)))) {
    return 0;
  } else {
    return si_a + si_b;
  }
}

signed int g(signed int si_a, signed int si_b) {
  signed int sum;
  if (__builtin_add_overflow(si_a, si_b, &sum)) {
    return 0;
  } else {
    return sum;
  }
}