Javaでアンダーフローが発生しているかを確認する方法

変数に、その変数が取り得る最小値より小さい値が代入されると、アンダーフロー（underflow）が発生します。Javaでは、アンダーフローが起きてもJVMは例外をスローしません。そのため、アンダーフローの状態を検出して適切に対処するのはプログラマーの責任となります。

アンダーフローの仕組み

例えば、int型の最小値は「-2147483648（Integer.MIN_VALUE）」です。この最小値の状態からさらに1を引くと、結果はint型の範囲に収まらず、最大値側へ折り返してしまいます。これがアンダーフローです。意図しない計算結果を防ぐためには、より大きなデータ型（longなど）で計算を行い、結果がint型の範囲内に収まっているかを事前にチェックする方法が有効です。

コード例

以下の例では、int型の最小値から-1を減算する処理をlong型にキャストして計算し、結果がInteger.MIN_VALUEより小さい場合にArithmeticExceptionをスローしています。

public class UnderflowTest {
    public static void main(String[] args) {
        int num1 = -2147483648;
        int num2 = -1;
        System.out.println("Number 1: " + num1);
        System.out.println("Number 2: " + num2);

        // long型にキャストして計算することで、
        // アンダーフローを正しく検出できる
        long sum = (long) num1 + (long) num2;

        if (sum < Integer.MIN_VALUE) {
            throw new ArithmeticException("Underflow occurred!");
        }
        System.out.println("The sum of two numbers : " + (int) sum);
    }
}

実行結果

Number 1: -2147483648
Number 2: -1
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: Underflow occurred!
        at UnderflowTest.main(UnderflowTest.java:12)

ポイントのまとめ

• JavaのJVMはアンダーフローを自動的に検出せず、例外もスローしない。
• 演算前にlong型などの大きいデータ型へキャストして計算すると、オーバーフロー・アンダフローを確実に検出できる。
• Integer.MIN_VALUEやInteger.MAX_VALUEと比較することで、安全に境界チェックが可能。
• Math.subtractExact()などのExact系メソッドを使えば、オーバーフロー・アンダーフロー時に自動的にArithmeticExceptionをスローさせることもできる。