Was ist ein arithmetischer Überlauf?
Ein arithmetischer Überlauf ist eine Bedingung, die in Computern auftritt, insbesondere im Bereich der Computerprogrammierung, wenn eine Berechnung oder Operation ein Ergebnis liefert, das für das Speichersystem oder das Register zu groß ist. Überlauf kann sich auch auf die Menge beziehen, indem mit dem angegebenen Ergebnis der für die Speicherung vorgesehene Speicherplatz überschritten wird. In einigen Fällen kann der Datenüberlauf an einem anderen Datenspeicherort gespeichert werden. In anderen Fällen kann ein Programm abstürzen, langsam ausgeführt werden oder ungenaue Ergebnisse liefern. Der arithmetische Überlauf ist nicht auf vollständige Personal- oder Geschäftscomputer beschränkt, da einfache Taschenrechner und Kommunikationsgeräte auch Grenzen für die Größe der Werte haben, die sie verarbeiten können.
Programmierer lernen Methoden zum Umgang mit arithmetischen Überlauffehlern zu Beginn ihrer Ausbildung, da sie in der Regel sehr häufig Programmierfehler erhalten. Es gibt viele verschiedene Methoden zum Übergeben eines arithmetischen Überlaufs. Das Design des Programms spielt eine sehr wichtige Rolle; Ein gut gestaltetes Programm, das konsistente und korrekte Datentypen und -längen verwendet, sollte solche Fehler nicht aufweisen. Wenn die Reihenfolge der Vorgänge sorgfältig überprüft und alles konsistent gehalten wird, können Überlauffehler vollständig vermieden werden.
Eine andere Möglichkeit, mit arithmetischen Überlauffehlern umzugehen, besteht darin, Operationen in kleinere Schritte zu unterteilen. Für ein System ist es oft einfacher, einfache, kleine Operationen zu handhaben als komplexe Operationen, die große Zahlen und übermäßige Berechnungen erfordern. Wenn es nicht sehr wichtig ist, dass die zurückgegebene Zahl vollständig korrekt ist, reicht es manchmal aus, das Programm so zu schreiben, dass es den Benutzer über den Überlauffehler benachrichtigt, aber trotzdem einen Wert zurückgibt. Die gebräuchlichste Methode zur Behandlung eines arithmetischen Überlauffehlers besteht darin, ihn vollständig zu ignorieren. Dies ist normalerweise harmlos, kann jedoch zu falschen Ergebnissen führen und den Nutzen und die Effizienz des Programms beeinträchtigen.
Der Flug 501 der Ariane 5 verdeutlicht die Gefahren von arithmetischen Überlauffehlern. Der Flug war der erste Testlauf des europäischen Einweg-Startsystems Ariane 5, bei dem ein Großteil des Codes aus dem alten Ariane 4-System wiederverwendet wurde. Die Beschleunigung der Ariane 5 war jedoch erheblich größer als die der Ariane 4, und die Programmierung reichte nicht aus, um die benötigten höheren Werte zu bewältigen. Als solche verließ die Rakete 37 Sekunden nach dem Start ihre vorgesehene Flugbahn und musste zerstört werden. Dieser einfache Programmierfehler hat Hunderte Millionen US-Dollar gekostet.