std::midpoint 通过 a + (b – a) / 2 避免加法溢出,仅对同号有符号整型且 b ≥ a 时完全定义;不保障浮点精度,也不校验索引有效性或区间非空。

std::midpoint 是 c++20 引入的、唯一被标准保证「不溢出」的中点计算工具,适用于整型和指针类型;对浮点数它不提供额外安全优势,反而可能引入精度偏差。
为什么 std::midpoint 能防整数溢出?
传统写法 (a + b) / 2 在 a 和 b 同号且绝对值较大时极易溢出(如 INT_MAX + 1)。std::midpoint 内部采用位运算或分段逻辑:对有符号整数,它等价于 a + (b - a) / 2(无溢出前提下),避免了加法峰值。
- 仅当
a和b同为有符号整型,且b >= a时,std::midpoint(a, b)的行为完全定义且无溢出风险 - 若
b ,结果仍正确(例如midpoint(10, 2)返回6),但底层实现需处理符号,部分编译器可能生成稍多指令 - 对无符号类型(如
unsigned int),它同样安全,因为减法不会溢出(自动回绕),但语义上仍要求你理解“中点”在模算术下的含义
std::midpoint 对浮点数没用,还可能更糟
对 Float 或 double,std::midpoint 只是调用 (a + b) / 2 —— 标准未要求它规避浮点溢出或精度损失。更严重的是:当 a 和 b 量级相差极大时(如 a = 1e30, b = 1.0),a + b 可能直接舍入为 a,导致结果错误;而手工用 a + (b - a) / 2 反而更稳健。
- 不要在浮点场景下默认替换为
std::midpoint - 若真需抗溢出浮点中点,优先考虑
std::fma(a, 0.5, b * 0.5)(需)或手动分支判断量级 - 注意:C++20 中
std::midpoint(float, float)是合法重载,但只是“语法存在”,不解决本质问题
指针中点计算:唯一不可替代的用途
这是 std::midpoint 最独特、最实用的场景——计算两个同类型指针的中间地址,且严格避免指针算术溢出(例如大数组边界)。
立即学习“C++免费学习笔记(深入)”;
int arr[SIZE_MAX / sizeof(int) + 1]; // 极端大数组 int* begin = arr; int* end = arr + SIZE_MAX / sizeof(int); // end 可能接近指针最大值 auto mid = std::midpoint(begin, end); // 安全,等价于 begin + (end - begin) / 2
- 手写
begin + (end - begin) / 2理论上可行,但end - begin若超ptrdiff_t范围会未定义行为;std::midpoint明确要求实现规避该问题 - 只接受相同类型的指针(
T*),不支持void*或不同const修饰的混用 - 若
begin > end,行为定义良好,但结果可能不符合直觉(例如指向begin前方),需业务逻辑自行约束
真正容易被忽略的是:它不处理「数值语义」以外的上下文——比如二分查找中,你仍需确保 a 和 b 是有效索引、区间非空;std::midpoint 只管算得对,不管用得对。