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プログラミングとインフラエンジニアリングの覚え書き

[C#] checked キーワードで整数オーバーフローを検出する

C# , .NET bucket-sort

整数型には扱える値の上限・下限があります。その範囲を超えた演算（オーバーフロー）が発生したとき、C# はデフォルトでは 例外を投げずに値を折り返す 動作をします。checked キーワードを使うと、オーバーフロー時に OverflowException をスローさせることができます。

デフォルトの動作（unchecked）

まずデフォルトの挙動を確認します。

int max = int.MaxValue; // 2147483647
int result = max + 1;

Console.WriteLine(result); // -2147483648

int.MaxValue + 1 は正の方向にオーバーフローし、折り返して int.MinValue（-2147483648）になります。例外は発生しません。

これはパフォーマンスを優先した C# のデフォルト設計です。意図しないオーバーフローが起きてもサイレントに通過するため、バグの原因になることがあります。

checked 式

checked(...) の形で式を囲むと、その演算でオーバーフローが起きた場合に OverflowException がスローされます。

int max = int.MaxValue;

try
{
    int result = checked(max + 1);
    Console.WriteLine(result);
}
catch (OverflowException ex)
{
    Console.WriteLine($"オーバーフローが発生しました: {ex.Message}");
}
// → オーバーフローが発生しました: Arithmetic operation resulted in an overflow.

式単位で有効にできるため、特定の演算だけを保護したい場合に便利です。

checked ブロック

複数の演算をまとめて保護したい場合は、checked ブロックを使います。

checked
{
    int a = int.MaxValue;
    int b = a + 1;  // OverflowException がスローされる
    int c = b * 2;  // こちらは実行されない
}

ブロック内のすべての整数演算が checked の対象になります。

unchecked キーワード

checked の逆が unchecked です。checked ブロックの中に unchecked ブロックを入れると、その部分だけオーバーフローチェックを無効化できます。

checked
{
    int a = int.MaxValue;

    // この演算だけ折り返しを許容する
    int b = unchecked(a + 1);
    Console.WriteLine(b); // -2147483648（例外なし）
}

また、既知の定数式でハッシュ計算など意図的に折り返しを使うケースでも unchecked が役立ちます。

// ハッシュ値の計算などで意図的に折り返しを使う例
int hash = unchecked(17 * 31 + someValue);

checked が対象とする型

checked が有効なのは 整数型の演算 に限られます。

型 checked の対象
int, long, short, sbyte ○
uint, ulong, ushort, byte ○
float, double, decimal ×
キャスト（整数型間） ○

浮動小数点型（float / double）は IEEE 754 の仕様で Infinity や NaN を使うため、checked の対象外です。decimal も独自の例外処理を持つため対象外です。

キャストへの適用

整数型同士のキャストでも checked は有効です。

int large = 300;

// byte の範囲は 0〜255 なので 300 はオーバーフロー
byte b = checked((byte)large); // OverflowException がスローされる

デフォルトでは (byte)300 は 44（300 mod 256）になりますが、checked を使うと例外になります。

コンパイラオプション（CheckForOverflowUnderflow）

プロジェクト全体でオーバーフローチェックを有効にするには、.csproj に以下を追加します。

<PropertyGroup>
  <CheckForOverflowUnderflow>true</CheckForOverflowUnderflow>
</PropertyGroup>

これを有効にすると、checked を書かなくても整数演算のオーバーフローで OverflowException がスローされます。

ただし、パフォーマンスに影響するため、通常のアプリケーションよりも数値計算の正確性が重要なドメイン（金融計算・科学計算など）での使用が多いです。

まとめ

構文 効果
checked(式) 式単位でオーバーフローチェックを有効化
checked { ... } ブロック内の演算をすべてチェック対象に
unchecked(式) 式単位でオーバーフローチェックを無効化
unchecked { ... } ブロック内の演算をすべてチェック対象外に
<CheckForOverflowUnderflow>true プロジェクト全体でチェックを有効化

デフォルトでは整数オーバーフローはサイレントに折り返すため、意図しない動作を防ぐために checked を積極的に活用しましょう。

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