Python 中 C 类型整数的最大值和最小值

Question

我正在寻找一种方法来获取（使用 Python）C 类型整数的最大值和最小值（即 uint8、int8、uint16 , int16, uint32, int32, uint64, int64...) 来自 Python.

我期待在 ctypes 模块中找到这个

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)

但是我没找到。

Julia 在这方面有很大的特点：

julia> typemax(UInt8)
0xff

julia> typemin(UInt8)
0x00

julia> typemin(Int8)
-128

julia> typemax(Int8)
127

我很确定 Python 有一些非常相似的东西。

理想情况下，我什至在寻找一种方法来确保给定的 Python 整数（据说是无界的）可以安全地转换为给定大小的 C 类型整数。当数字不在预期区间内时，它应该引发异常。

当前溢出不会引发异常：

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

我看到了这个 SO post Maximum and Minimum values for ints 但它有点不同，因为作者正在寻找 min/max 整数的 Python 值...不是 C 整数（来自 Python）

我也注意到了但是，即使它很相关，也没有真正回答我的问题。

Answer 1

根据：[Python 3.Docs]: Numeric Types - int, float, complex:

Integers have unlimited precision.

翻译成代码：

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

另一方面，每个 C 类型都有固定的大小（取决于平台/架构），如 [CPPReference]: Fundamental types.

中所示

由于 [Python 3.Docs]: ctypes - A foreign function library for Python 没有提及任何类型限制（请注意，有些内容未在此处记录），让我们手动查找。

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)

备注:

代码依赖于这样一个事实，即对于某个整数类型，它的区间（和极限是区间的端点）是：
- 有符号_(2的补码): [-(2 ^{bit_size - 1}), 2 ^{bit_size - 1} - 1]
- 无符号: [0, 2 ^bit_size - 1]
要检查 a 类型的 signum，请使用 -1 （将自动转换为上限（由于 环绕算法 ）无符号 类型）
有很多重复的输出（如下），因为有些类型只是其他类型的“别名”
你剩下的任务（创建一个函数来比较 Python int ctypes 类型限制，如果不是则引发异常）是微不足道的，所以我没有实现它
这只是为了演示目的，所以我没有做任何参数检查

输出:

[cfati@CFATI-5510-0:e:\Work\Dev\Whosebug\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)

Done.

Python 中 C 类型整数的最大值和最小值

Maximum and minimum value of C types integers from Python

python

size

ctypes

integer

max