C#如何防止算术溢出损坏类内部状态及编译器重排风险？

结论先行 #

三种实现中Increment存在字段部分更新的状态损坏风险，Increment2和Increment3都是符合要求的安全实现，你担心的异常场景都不会发生。

1. 关于Increment2的指令重排风险

C# 语言规范明确规定：单线程场景下，程序的执行顺序必须保证和代码编写逻辑的可观测行为完全一致。你编写的逻辑是先在checked块内完成两个加法计算、得到x2和y2两个临时变量之后，才对类的字段x、y赋值。任何合法的编译器/JIT优化都不能把字段赋值操作提前到checked块执行完成前，因为这种重排会直接改变程序的可观测结果（如果y+dy溢出抛异常，x已经被修改的结果和代码本身的逻辑完全不符），这类优化是被规范严格禁止的，完全不用担心。

2. 开启全局算术溢出检查的影响

开启项目的<CheckForOverflowUnderflow>true</CheckForOverflowUnderflow>选项，和手动给代码块加checked关键字，唯一的区别只是把整个项目的默认算术计算上下文从unchecked改为checked，完全不会影响执行顺序的相关规则。就指令重排这个问题而言，两种写法没有任何差异。

3. 元组解构版本Increment3的安全性

Increment3和Increment2的安全性完全等价，不存在安全性更低的问题。C#中元组构造的规则是：先计算完括号内所有元素的表达式值，再完成元组的实例化，最后才会执行解构赋值操作。你给整个元组构造表达式加了checked修饰，只要两个加法操作中有任意一个触发溢出，就会直接抛出OverflowException，根本不会走到后续的字段赋值步骤，不会出现部分更新字段的状态损坏问题，写法反而更简洁。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Theodor Zoulias