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unsigned int 与 size_t

我注意到现代 C 和 C++ 代码似乎几乎无处不在使用 size_t 而不是 int/unsigned int - 从 C 字符串函数的参数到 STL。我很好奇这样做的原因及其带来的好处。


C
Craig M. Brandenburg

size_t 类型是无符号整数类型,它是 sizeof 运算符(和 offsetof 运算符)的结果,因此它保证足够大以包含系统可以处理的最大对象的大小 (例如,一个 8Gb 的静态数组)。

size_t 类型可能大于、等于或小于 unsigned int,您的编译器可能会对其进行优化假设。

您可以在 C99 标准第 7.17 节中找到更准确的信息,该草案的草稿以 pdf 格式在 Internet 上提供,或者在 C11 标准第 7.19 节中以 pdf draft 的形式提供。


没有。想想 x86-16 的大(不是大)内存模型:指针很远(32 位),但单个对象限制为 64k(因此 size_t 可以是 16 位)。
“最大物体的大小”的措辞并不差,但绝对正确。一个对象的大小可能比地址空间更有限。
“您的编译器可能会对此做出假设”:我希望编译器知道 size_t 可以表示的值的确切范围!如果没有,谁会?
@Marc:我认为重点在于编译器可能能够利用这些知识做一些事情。
我只是希望这种越来越流行的类型不需要包含头文件。
S
StaceyGirl

经典 C(Brian Kernighan 和 Dennis Ritchie 在 The C Programming Language,Prentice-Hall,1978 年描述的 C 的早期方言)没有提供 size_t。 C 标准委员会引入 size_t 以消除可移植性问题

Explained in detail at embedded.com (with a very good example)


另一篇解释 size_t 和 ptrdiff_t 的好文章:viva64.com/en/a/0050
S
StaceyGirl

简而言之,size_t 永远不会是负数,它最大限度地提高了性能,因为它的 typedef'd 是无符号整数类型,它足够大 - 但不是太大 - 可以表示目标平台上最大可能对象的大小。

大小永远不应该是负数,实际上 size_t 是一个无符号类型。此外,因为 size_t 是无符号的,您可以存储大约是相应有符号类型中的两倍大的数字,因为我们可以使用符号位来表示幅度,就像无符号整数中的所有其他位一样。当我们获得更多位时,我们将可以表示的数字范围乘以大约两倍。

那么,您问,为什么不直接使用 unsigned int?它可能无法容纳足够大的数字。在 unsigned int 为 32 位的实现中,它可以表示的最大数字是 4294967295。某些处理器(例如 IP16L32)可以复制大于 4294967295 字节的对象。

那么,您问,为什么不使用 unsigned long int?它会在某些平台上造成性能损失。标准 C 要求 long 至少占用 32 位。 IP16L32 平台将每个 32 位长实现为一对 16 位字。这些平台上的几乎所有 32 位运算符都需要两条指令,甚至更多,因为它们使用两个 16 位块中的 32 位。例如,移动一个 32 位的长度通常需要两条机器指令——一条用于移动每个 16 位的块。

使用 size_t 可以避免这种性能损失。根据 this fantastic article,“类型 size_t 是一个 typedef,它是一些无符号整数类型的别名,通常是 unsigned intunsigned long,但甚至可能是 unsigned long long。每个标准 C 实现都应该选择无符号整数这足够大——但不会比需要的大——代表目标平台上最大可能对象的大小。”


很抱歉这么久后对此发表评论,但我只需要确认 unsigned int 可以容纳的最大数字 - 也许我误解了您的术语,但我认为 unsigned int 可以容纳的最大数字是 4294967295, 65356 是无符号短路的最大值。
如果您的 unsigned int 占用 32 位,那么是的,它可以容纳的最大数字是 2^32 - 1,即 4294967295 (0xffffffff)。你还有其他问题要问吗?
@Mitch:可以在 unsigned int 中表示的最大值可以并且确实因系统而异。它必须是至少 65536,但通常是 4294967295,并且在某些系统上可能是 18446744073709551615 (2**64-1)。
16 位 unsigned int 可以包含的最大值是 65535,而不是 65536。65536 的一个小但重要的区别与 16 位 unsigned int 中的 0 相同。
@gnasher729:你确定 C++ 标准吗?搜索了一段时间后,我的印象是他们只是删除了关于整数范围的所有绝对保证(不包括 unsigned char)。该标准似乎没有在任何地方包含字符串“65535”或“65536”,并且“+32767”仅出现在 (1.9:9) 的注释中,因为 可能int 中可表示的最大整数;即使 INT_MAX 不能小于该值,也不能保证!
K
Kevin S.

size_t 类型是 sizeof 运算符返回的类型。它是一个无符号整数,能够以字节为单位表示主机支持的任何内存范围的大小。它(通常)与 ptrdiff_t 相关,因为 ptrdiff_t 是有符号整数值,因此 sizeof(ptrdiff_t) 和 sizeof(size_t) 相等。

在编写 C 代码时,无论何时处理内存范围,您都应该始终使用 size_t。

另一方面, int 类型基本上定义为主机可以用来最有效地执行整数运算的(有符号)整数值的大小。例如,在许多较旧的 PC 类型计算机上,值 sizeof(size_t) 将为 4(字节),但 sizeof(int) 将为 2(字节)。 16 位算术比 32 位算术更快,尽管 CPU 可以处理高达 4 GiB 的(逻辑)内存空间。

仅当您关心效率时才使用 int 类型,因为它的实际精度很大程度上取决于编译器选项和机器架构。特别是 C 标准指定了以下不变量: sizeof(char) <= sizeof(short) <= sizeof(int) <= sizeof(long) 对程序员可用的每个精度的实际表示没有其他限制这些原始类型。

注意:这与 Java 中的不同(它实际上指定了每个类型 'char'、'byte'、'short'、'int' 和 'long' 的位精度)。


int 的实际定义是它在 16 台机器上是 16 位,在任何更大的机器上是 32 位。已经编写了太多代码,假设 int 是 32 位宽,现在要更改它,因此人们应该始终使用 size_t 或 {,u}int{8,16,32,64}_t 如果他们想要特定的东西 - - 作为预防措施,人们应该总是使用这些,而不是整数类型。
“它是一个无符号整数,能够以字节表示主机支持的任何内存范围的大小。” -->没有。size_t 能够表示任何单个对象的大小(例如:数字、数组、结构)。整个内存范围可能超过 size_t
“在编写 C 代码时,无论何时处理内存范围,您都应该始终使用 size_t。” - 这意味着每个数组的每个索引都应该是 size_t - 我希望你不是那个意思。大多数时候,我们不处理地址空间的基数+可移植性甚至很重要的数组。在这些情况下,您将使用 size_t。在所有其他情况下,您从(有符号)整数中取出索引。因为与其他情况下可能出现的可移植性问题相比,unsigneds 的未预料到的下溢行为引起的混淆(没有警告)更常见,也更糟糕。
@johannes_lalala 我希望你不是那个意思。没有其他类型可以保证足够大以容纳最大的有效数组索引。有符号整数在溢出或下溢时不好,因为它们会导致 UB,而无符号上溢和下溢不会导致 UB,但定义明确。 size_t 应该用于所有非负数组索引。
是的,我做到了。你几乎不需要大指数,我 20 年来从来不需要。如果您认为您可能会遇到大索引,请使用 size_t。在所有其他情况下,不要。考虑这个常见的范围验证:index = x - y.. later: if (index < 0) -> fail, otherwise z = arr[index].. 如果在这里使用无符号整数会发生什么。顺便说一句,这也是 c++ 委员会对这个话题的官方立场
M
Maciej Hehl

类型 size_t 必须足够大以存储任何可能对象的大小。 Unsigned int 不必满足该条件。

例如在 64 位系统中 int 和 unsigned int 可能是 32 位宽,但 size_t 必须足够大以存储大于 4G 的数字


“对象”是标准使用的语言。
我认为如果编译器可以接受类型 X 以使 sizeof(X) 产生大于 4G 的值,我认为 size_t 只需要那么大。大多数编译器会拒绝,例如 typedef unsigned char foo[1000000000000LL][1000000000000LL],即使 foo[65536][65536]; 超过了记录在案的实现定义的限制,也可能会被合理地拒绝。
@MattJoiner:措辞很好。 “对象”一点也不含糊,而是定义为“存储区域”。
G
Graeme Burke

在研究该主题时,glibc 手册 0.02 的这段摘录也可能是相关的:

2.4 版之前的 GCC 的 size_t 类型和版本存在潜在问题。 ANSI C 要求 size_t 始终是无符号类型。为了与现有系统的头文件兼容,GCC 在 stddef.h' to be whatever type the system'ssys/types.h' 中定义了 size_t,将其定义为。大多数在 `sys/types.h' 中定义 size_t 的 Unix 系统将其定义为有符号类型。库中的一些代码依赖于 size_t 是一个无符号类型,如果它被签名将无法正常工作。

期望 size_t 为无符号的 GNU C 库代码是正确的。 size_t 作为有符号类型的定义是不正确的。我们计划在 2.4 版中,GCC 将始终将 size_t 定义为无符号类型,并且 fixincludes' script will massage the system'ssys/types.h' 不会与此冲突。

同时,我们通过明确告诉 GCC 在编译 GNU C 库时对 size_t 使用无符号类型来解决这个问题。 `configure' 将自动检测 GCC 用于 size_t 的类型,并在必要时安排覆盖它。


S
StaceyGirl

如果我的编译器设置为 32 位,则 size_t 只不过是 unsigned int 的 typedef。如果我的编译器设置为 64 位,则 size_t 只不过是 unsigned long long 的 typedef。


在某些操作系统上,这两种情况都可以定义为 unsigned long
佚名

size_t 是指针的大小。

所以在 32 位或常见的 ILP32(整数、长整数、指针)模型中 size_t 是 32 位。并且在 64 位或常见的 LP64(长指针)模型中 size_t 是 64 位(整数仍然是 32 位)。

还有其他模型,但这些是 g++ 使用的模型(至少默认情况下)


size_t 不一定与指针大小相同,但通常如此。指针必须能够指向内存中的任何位置; size_t 只需大到足以表示最大单个对象的大小。
intptr_t 的大小可能与 void * 指针相同。这不是必需的,但 intptr_t 必须能够保存 void * 指针的所有可能有效值。但size_t没有这个要求。另外 size_t 它至少为 16 位,而指针可以更小。