C中的签名与未签名操作

Question

很简单的问题：

我有一个程序在整数和长期内进行大量的数学计算。 为了适应额外的一点，我做了长长的无符号，因为我只处理正数，现在可以得到更多的值。

奇怪的是，这给了我15％的性能提升，我确认只是简单地让所有长长的未签名。

这可能吗？ 使用无符号数字，数学运算真的更快吗？ 我记得读过没有区别，编译器会自动选择最快的方式，无论是签名还是未签名。 这个15％的提升真的是因为vars没有签名，还是可能是我的代码中的其他东西？

并且，如果它真的是使vars无符号，我应该瞄准使所有（甚至整数）无符号，因为我从不需要负数，如果我可以保存它，每一秒都很重要。

Answer 1

在某些操作中，有符号整数更快，而在其他操作中，无符号整数更快：

• 在C中，可以假定有符号整数运算不包装。 例如，编译器将在循环优化中利用这一点。 比较可以类似地进行优化。 （如果您不期望这样，这也会导致细微的错误）。

• 另一方面，无符号整数没有这个假设。 但是，不必处理符号对于某些操作来说是一个很大的优势，例如：除法。 通过2的常数幂进行的无符号除法是一个简单的移位，但是（取决于你的舍入规则）对于负数有一个有条件的除1。

就个人而言，我习惯只使用无符号整数，除非我真的确实有一个需要签名的值。 性能与正确性无关。

您可能会看到长效放大的效果，在我的情况下（我猜）是64位。 CPU通常没有单一指令来处理这些类型（在32位模式下），因此签名操作的轻微增加的复杂性将更加明显。

Answer 2

在32位处理器上，模拟64位整数运算; 使用unsigned而不是signed意味着仿真库不需要做额外的工作来传播进位等。

Answer 3

在三种情况下，编译器会关心变量是有符号还是无符号：

1. 当变量转换为更长的类型时
2. 当应用比较运算符（大于等）时
3. 何时可能发生溢出

在某些机器上，将签名变量转换为更长的类型需要额外的代码; 在其他机器上，转换可以作为“加载”或“移动”指令的一部分来执行。

有些机器（主要是小型嵌入式微控制器）需要更多指令才能执行有符号与无符号无符号比较，但大多数机器都有完整的有符号和无符号比较指令。

当使用无符号类型发生溢出时，编译器可能必须添加代码以确保实际发生定义的行为。 签名类型不需要这样的代码，因为标准允许在没有这些代码的情况下发生的任何事情。

Answer 4

如果编译器未签名或签名，则编译器不会选择。 但是，是的，理论上， unsigned with unsigned比signed with signed更快。 如果你真的想减慢速度，那么你将signed with unsigned 。 更糟糕的是： floats with integers 。

当然，这取决于处理器。