typedef 用于可以包含 size_t 的有符号类型？

Question

有符号类型的标准（或 MSVC 专有）typedef 可以包含全部size_t值吗？ 即在 64 位系统上，它将是一个 128 位有符号整数。

Answer 1

一般来说，定义这样的类型是不可能的。 使size_t成为支持的最大无符号类型是完全合法的，这（几乎可以肯定）意味着没有有符号类型可以保存其所有值。

ptrdiff_t不一定足够宽。 这是两个指针相减的结果，但没有什么说指针减法不会溢出。 请参阅 C++ 标准的第 5.7 节：

当两个指向同一个数组对象的元素的指针相减时，结果就是两个数组元素的下标之差。 结果的类型是实现定义的有符号整数类型； 此类型应与<cstddef>标头 (18.2) 中定义为std::ptrdiff_t的类型相同。 与任何其他算术溢出一样，如果结果不适合提供的空间，则行为未定义。

最大的有符号类型是intmax_t ，在<stdint.h>或<cstdint>中定义。 这是 C99 的一个特性，C++11 是第一个包含 C99 标准库的 C++ 标准，所以你的编译器可能不支持它（MSVC 很可能不支持）。 （ 9 年后：这不再是什么大问题了。 ）如果有符号类型的宽度足以容纳size_t类型的所有可能值，那么intmax_t就是（尽管可能有更窄的有符号类型也符合条件）。

您还可以使用long long ，这是一种保证至少为 64 位的有符号类型（很可能与intmax_t相同）。 即使它的宽度不足以容纳size_t类型的所有可能值，它也几乎肯定会容纳size_t类型的所有相关值——除非您的实现实际上支持大于 8 EB（即 8192 PB 或 8388608 TB）的对象。

（注意，我使用的是“exa-”、“peta-”和“tera-”的二进制定义，它们的有效性值得怀疑。）

Answer 2

如果您想要一个可以包含系统最大值的标准类型，也许<cstdint> （C++11 起）会有所帮助。

该标头中有一个 typedef 包含最大宽度整数类型，类型为intmax_t 。 有符号整数的intmax_t和无符号整数的uintmax_t是体系结构完全支持的最大整数。

所以，让我们假设你在一个 64 位架构中，下面的指令：

std::cout << "intmax_t is same int64_t? "
          << (std::is_same<intmax_t, int64_t>::value ? "Yes" : "No");

将输出：

intmax_t 是否与 int64_t 相同？ 是的

现场演示。

希望能帮助到你。

Answer 3

我假设您需要这种类型来进行某种指针运算。 除了std::ptrdiff_t之外，您不太可能需要其他任何东西。 这将在现代机器上发挥作用的唯一情况是当您处于 32 位模式并且您正在处理超过 2^31 字节的数据集时。 （如果没有特殊工作，这甚至在 Windows 上都不可能。）您将无法同时使用两个该大小的数组。 在这种情况下，您可能无论如何都应该在 64 位模式下工作。

在 64 位模式下，以目前的内存发展速度，在未来 40 年左右的时间里，它很可能不会成为问题。 当它出现问题时，在 128 位模式下编译你的代码，它会继续运行。 ;)

Answer 4

如果您想要一个可以将std::size_t的每个值都保存为正值的有符号类型，我不知道有什么办法。 假设你有相同的位数，存储符号需要一位信息，所以新的最大值是旧的一半。 另一方面，使用该位的值的上半部分只是包装到负数中，因此您始终可以回退。

真的，您可能需要将高无符号/负符号值与其他值分开，无论您将它们投射到何处。 如果 unsigned 0 <= x < M/2 <= y <= M映射到0 <= (x, y & (M/2)) < M/2 ，那么每个值都被考虑在内，但不会包装为x 或 y 在任一方向。 如果有符号-M/2 <= y < 0 <= x < M/2映射到0 <= (x, y+M/2) < M则相同。

这样您就知道x < 0或y > M/2何时超出转换范围，但同时您可以进行比较，例如 unsigned y(M) < y(M)+1或 signed x(0) > x(0)-1包装后通常会失败，例如0 < -1 = M ， M > M+1 = 0等。

作为记录，我认为最好计算std::size_t的相应签名类型std::make_signed_t<std::size_t> 。 目前它很可能是来自unsigned long long long long但我不知道它有多普遍，或者它是否会改变。 我建议从那里使用std::numeric_limits<T>来检查最小值/最大值。