c++ - 大小应该使用有符号整数还是无符号整数？

Question

标准库 vector::size()给出 size_t , 一个无符号数。在一次 CppCon 演讲中，我听到有人(是 Chandler Carruth 吗？)说这很不幸，应该使用有符号整数。

背景是没有为有符号整数定义溢出，因此编译器有更多的回旋余地。 Carruth 在一次谈话中展示了如何 uint8_t作为 for bzip2 中的循环索引在 x86 上创建的机器指令比 int8_t 多得多因为它必须使用掩码和移位显式模拟溢出。

在我现在处理的代码中，有一些严格为正的大小。这些表示为 size_t .这看起来不错，因为这表明它们不能为负。另一方面，不需要定义模运算，因此只要有符号整数足够大(我们达到 200)，无符号整数就会为我们想要的算法提供错误的接口(interface)。

在代码中的某些点，存在从 0 到此大小的循环。然后减去循环索引并取绝对值。

当我用更现代的 GCC 7 编译它时，它无法解析 std::abs 的正确重载。因为size_t - size_t显然，给出了模棱两可的值(value)观。我已将代码更改为使用 int在循环索引中:

for (int t1 = 0; t1 < Lt; t1++) {
  for (int t2 = 0; t2 < Lt; t2++) {

现在 abs(t1 - t2)工作得很好。但是比较t1 < Lt给出警告，因为它是有符号数和无符号数之间的比较。

什么是正确的方法？

1. 对所有非负数使用无符号整数，然后使用 static_cast<int>()每当我需要做减法时。
2. 对循环索引使用有符号整数，对容器大小使用无符号整数。然后使用 static_cast<int>在比较中。
3. 到处都使用带符号的整数。当其他库返回无符号整数时，只需使用 static_cast<int>那里是为了满足警告。

Answer 1

“在一次演讲中，Carruth 展示了 uint8_t 作为 bzip2 中的 for 循环索引如何在 x86 上创建比 int8_t 更多的机器指令，因为它必须使用掩码和移位显式模拟溢出。”

好吧，如果您可以使用任何一种类型，则 for-range 必须限制为 [0, 127] .只需使用 int作为索引类型，那么。它根据定义是基本数学运算的自然类型，并且通常可以很好地映射到 CPU 寄存器。

使用为最小存储优化的类型不会生成最快的数学，不。这并不奇怪。您不能根据此类有缺陷的设置得出有关已签名与未签名的结论。

“size_t - size_t 给出了不明确的值”

嗯，它不是，但它确实使用了模运算。 size_t(1)-size_t(2)==size_t(-1) ，但是 size_t(-1)是最大的可能值。这直接来自模块化数学的定义:x-1 < x , 除非 x-1环绕因为x==0 . (或等同于 x+1>x 时除外 x+1==0 )

调用 abs(size_t(x))因此也是毫无意义的，因为每个 size_t值为正。并将有符号整数与 size_t 进行比较同样充满意想不到的后果。显式转换是好的，因为它们使结果明确。

但是没有通用的解决方案来自动确定应该应用哪种类型转换。如果可以发明一条机械规则，我们可以将该规则留给编译器。我们没有，因为我们做不到。作为程序员，您必须从数字上考虑每种情况。