Python中x**2触发溢出报错但x*x运行正常的原因咨询

相同输入条件下，执行x**2运算会触发溢出报错，但执行x*x运算可正常运行。核心疑问为：

• x**2对应的opcode是否与x*x对应的opcode存在差异？
• 该现象是Python两类运算符的内部实现差异导致，还是hypothesis包存在bug？

最小复现代码 #

from typing import TypeVar

import pytest
from hypothesis import given, strategies as st

T = TypeVar("T", int, float)

def square2(i: T) -> T:
    return i*i

@given(
  st.one_of(
      st.integers(),
      st.floats(allow_nan=False),
    )
)
def test_square2(value):
    assert square2(value) == value*value
    assert square2(value) == value**2

运行报错输出 #

def test_square2(value):
        assert square2(value) == value*value
>       assert square2(value) == value**2
E       OverflowError: (34, 'Result too large')

结论很明确：这不是hypothesis的bug，是Python两个运算符的底层实现逻辑存在差异，二者对应的opcode本身就不一样。

• opcode差异：x*x对应二进制乘法操作码，Python 3.11及以上版本为BINARY_OP下的乘法子操作，更早版本是独立的BINARY_MULTIPLY操作码；x**2对应幂运算操作码，3.11及以上版本为BINARY_OP下的求幂子操作，更早版本是独立的BINARY_POWER操作码，二者在C层走的是完全独立的实现分支。
• 溢出原因：Python原生整数是任意精度设计，不管多大的整数做乘法、求幂都不会溢出，该场景下的溢出根本不是整数触发的，是hypothesis生成的边界极大浮点数触发的：
  • 浮点数执行*乘法时，如果结果超出64位浮点数的最大表示范围，会直接返回inf（无穷大），不会抛异常，所以value*value的断言永远不会因为值过大报错
  • 浮点数执行**幂运算时，CPython底层会提前做数值范围校验，一旦判断结果超出浮点数表示范围，会直接抛出OverflowError，不会返回inf
• 手动验证方法：直接传入浮点数1e308测试就能复现：1e308 * 1e308会返回inf，1e308 ** 2会直接抛出上述Result too large报错，和测试框架、整数运算没有关系。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者anilbey