Respuesta.

Historia de la pregunta

En el lenguaje C, las operaciones aritméticas con tipos enteros pueden llevar a un desbordamiento (overflow) cuando el resultado excede el rango representable del tipo, por ejemplo, int o unsigned int. La especificidad del comportamiento en caso de desbordamiento está determinada por los estándares del lenguaje.

Problema

El desbordamiento con tipos con signo (signed overflow) conduce a un undefined behavior, es decir, el compilador tiene el derecho de realizar cualquier acción: ignorar el error, generar una excepción o dejar un resultado impredecible. Para los tipos sin signo (unsigned), según el estándar C, el comportamiento en caso de desbordamiento es definido: ocurre un reinicio por módulo del tamaño del tipo (wraparound).

Solución

Para números unsigned, el resultado del desbordamiento es fácilmente predecible, por ejemplo, UINT_MAX + 1 == 0. Para números signed, se recomienda verificar los límites del tipo antes de las operaciones utilizando macros de <limits.h> o emplear herramientas de análisis estático. Los compiladores y herramientas modernas pueden detectar desbordamientos potenciales.

Ejemplo de código:

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int add_with_check(int a, int b) {
    if (a > 0 && b > INT_MAX - a) {
        printf("¡Se producirá un desbordamiento!
");
        return -1;
    }
    return a + b;
}

int main() {
    int x = INT_MAX, y = 1;
    printf("Resultado: %d
", add_with_check(x, y));
    unsigned int ux = UINT_MAX;
    printf("Desbordamiento unsigned: %u
", ux + 1);
    return 0;
}

Características clave:

El desbordamiento unsigned está definido y ocurre por módulo
El desbordamiento signed es un comportamiento indefinido, siempre se deben verificar los límites
Utiliza <limits.h> para obtener los tamaños de los tipos

Preguntas engañosas.

¿Es el desbordamiento del tipo unsigned un error?

No, este comportamiento está definido por el estándar y es equivalente a un reinicio por módulo. Por ejemplo, (unsigned int)UINT_MAX + 1 == 0 siempre es cierto.

¿Se puede contar con que al producirse un desbordamiento int el resultado simplemente "saltará" por encima de INT_MIN?

No, tal comportamiento no está garantizado ni estandarizado, es un comportamiento indefinido. Puede fallar, dar un valor incorrecto (diferente en plataformas) o ser optimizado por el compilador de manera impredecible.

¿Se puede confiar en que el int siempre sea de complemento a dos?

Aunque el hardware moderno prácticamente siempre utiliza "complemento a dos" para representar int con signo, el lenguaje C no lo requiere estándar, por lo que el código con desbordamientos no será portable.

Errores comunes y anti-patrones

Ignorar la verificación de límites de tipos en aritmética
Comparar/cambiar entre signed y unsigned sin conversiones/revisiones explícitas
Suposición sobre la representación de int como complemento a dos

Ejemplo de la vida real

Caso negativo

Suma de números int sin verificación de límites: el desbordamiento en grandes conjuntos de datos conduce a cálculos no válidos.

Ventajas:

Código simple y rápido

Desventajas:

Bugs difíciles de rastrear en conjuntos de datos extremos
Violación del estándar del lenguaje

Caso positivo

Antes de todas las operaciones aritméticas, se realiza una verificación de desbordamiento utilizando macros y funciones. Uso de unsigned donde el wraparound es aceptable.