Python中C类型整数的最大值和最小值

Question

Python中C类型整数的最大值和最小值

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我正在寻找一种使用Python获取C类型整数（即uint8，int8，uint16，int16，uint32，int32，uint64，int64等）的最大和最小值的方法。

我原以为可以在ctypes模块中找到。

In [1]: import ctypes
In [2]: ctypes.c_uint8(256)
Out[2]: c_ubyte(0)
In [3]: ctypes.c_uint8(-1)
Out[3]: c_ubyte(255)

但是我找不到它。

Julia在这方面有很好的特性：

julia> typemax(UInt8)
0xff

julia> typemin(UInt8)
0x00

julia> typemin(Int8)
-128

julia> typemax(Int8)
127

我很确定Python有类似的东西。

理想情况下，我甚至正在寻找一种方法来确保给定的Python整数（被称为无界）可以安全地转换为给定大小的C类型整数。当数字不在预期间隔内时，它应该引发异常。

目前，溢出不会引发异常：

In [4]: ctypes.c_uint8(256)
Out[4]: c_ubyte(0)

我看到了这篇SO帖子Maximum and Minimum values for ints，但是作者正在寻找Python整数的最小值和最大值...而不是C整数（来自Python）。

我还注意到了Detecting C types limits ("limits.h") in python?，尽管与我的问题相关，但它并没有真正回答我的问题。

- scls

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- CristiFati · Accepted Answer

根据[Python.Docs]: Numeric Types - int, float, complex：

整数具有无限精度。

翻译成代码：

>>> i = 10 ** 100
>>> i
10000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
>>> len(str(i))
101
>>> i.bit_length()
333

另一方面，每种 C 类型都有固定的大小（取决于平台/架构），如 [CPPReference]: Fundamental types 中清楚地显示。

由于 [Python.Docs]: ctypes - A foreign function library for Python 没有提及类型限制（请注意，那里有一些未记录的内容），让我们手动找出它们。

code00.py:

#!/usr/bin/env python3

import sys
from ctypes import c_int8, c_uint8, c_byte, c_ubyte, c_int16, c_uint16, \
    c_int32, c_uint32, c_int, c_uint, c_long, c_ulong, c_longlong, c_ulonglong, \
    c_int64, c_uint64, \
    sizeof


def limits(c_int_type):
    signed = c_int_type(-1).value < c_int_type(0).value
    bit_size = sizeof(c_int_type) * 8
    signed_limit = 2 ** (bit_size - 1)
    return (-signed_limit, signed_limit - 1) if signed else (0, 2 * signed_limit - 1)


def main(*argv):
    test_types = (
        c_int8,
        c_uint8,
        c_byte,
        c_ubyte,
        c_int16,
        c_uint16,
        c_int32,
        c_uint32,
        c_int,
        c_uint,
        c_long,
        c_ulong,
        c_longlong,
        c_ulonglong,
        c_int64,
        c_uint64,
    )
    for test_type in test_types:
        print("{:s} limits: ({:d}, {:d})".format(test_type.__name__, *limits(test_type)))


if __name__ == "__main__":
    print("Python {:s} {:03d}bit on {:s}\n".format(" ".join(elem.strip() for elem in sys.version.split("\n")),
                                                   64 if sys.maxsize > 0x100000000 else 32, sys.platform))
    rc = main(*sys.argv[1:])
    print("\nDone.")
    sys.exit(rc)

注：

代码依赖于某个整数类型的区间（以及区间端点的极限）：
- 有符号 _{(2's complement)}: [-(2 ^{bit_size - 1}), 2 ^{bit_size - 1} - 1]
- 无符号: [0, 2 ^bit_size - 1]
要检查类型的符号，使用-1（由于wrap around arithmetic，它将自动转换为上限，对于unsigned类型）
输出中有很多重复项，因为一些类型只是其他类型的“别名”
你的任务剩下的部分（创建一个函数，将Python int与CTypes类型极限进行比较，并在不匹配时引发异常）很简单，所以我没有实现它
这仅用于演示目的，因此我没有进行任何参数检查

输出:

Win:

Python pc064 (064bit):

[cfati@CFATI-5510-0:e:\Work\Dev\StackOverflow\q052475749]> "e:\Work\Dev\VEnvs\py_pc064_03.09_test0\Scripts\python.exe" ./code00.py
Python 3.9.9 (tags/v3.9.9:ccb0e6a, Nov 15 2021, 18:08:50) [MSC v.1929 64 bit (AMD64)] 064bit on win32

c_byte limits: (-128, 127)
c_ubyte limits: (0, 255)
c_byte limits: (-128, 127)
c_ubyte limits: (0, 255)
c_short limits: (-32768, 32767)
c_ushort limits: (0, 65535)
c_long limits: (-2147483648, 2147483647)
c_ulong limits: (0, 4294967295)
c_long limits: (-2147483648, 2147483647)
c_ulong limits: (0, 4294967295)
c_long limits: (-2147483648, 2147483647)
c_ulong limits: (0, 4294967295)
c_longlong limits: (-9223372036854775808, 9223372036854775807)
c_ulonglong limits: (0, 18446744073709551615)
c_longlong limits: (-9223372036854775808, 9223372036854775807)
c_ulonglong limits: (0, 18446744073709551615)

完成。

Python pc032 (032bit):

[cfati@CFATI-5510-0:e:\Work\Dev\StackOverflow\q052475749]> "e:\Work\Dev\VEnvs\py_pc032_03.10_test0\Scripts\python.exe" ./code00.py
Python 3.10.1 (tags/v3.10.1:2cd268a, Dec  6 2021, 18:54:59) [MSC v.1929 32 bit (Intel)] 032bit on win32

c_byte limits: (-128, 127)
c_ubyte limits: (0, 255)
c_byte limits: (-128, 127)
c_ubyte limits: (0, 255)
c_short limits: (-32768, 32767)
c_ushort limits: (0, 65535)
c_long limits: (-2147483648, 2147483647)
c_ulong limits: (0, 4294967295)
c_long limits: (-2147483648, 2147483647)
c_ulong limits: (0, 4294967295)
c_long limits: (-2147483648, 2147483647)
c_ulong limits: (0, 4294967295)
c_longlong limits: (-9223372036854775808, 9223372036854775807)
c_ulonglong limits: (0, 18446744073709551615)
c_longlong limits: (-9223372036854775808, 9223372036854775807)
c_ulonglong limits: (0, 18446744073709551615)

完成。

Nix (Linux - WSL2) - Python pc064:

(qaic-env) [cfati@cfati-5510-0:/mnt/e/Work/Dev/StackOverflow/q052475749]> python ./code00.py
Python 3.8.10 (default, Mar 15 2022, 12:22:08) [GCC 9.4.0] 064bit on linux
c_byte limits: (-128, 127)
c_ubyte limits: (0, 255)
c_byte limits: (-128, 127)
c_ubyte limits: (0, 255)
c_short limits: (-32768, 32767)
c_ushort limits: (

注（或多或少相关）：


许多人在通过CTypes调用函数时遇到问题。提到[SO]: C function called from Python via ctypes returns incorrect value (@CristiFati's answer)以防万一。

[SO]: How do I determine if my python shell is executing in 32bit or 64bit mode on OS X? (@CristiFati's answer)

[SO]: Python Ctypes - loading dll throws OSError: [WinError 193] %1 is not a valid Win32 application (@CristiFati's answer)