typedef 用於可以包含 size_t 的有符號類型？

Question

有符號類型的標准（或 MSVC 專有）typedef 可以包含全部size_t值嗎？ 即在 64 位系統上，它將是一個 128 位有符號整數。

Answer 1

一般來說，定義這樣的類型是不可能的。 使size_t成為支持的最大無符號類型是完全合法的，這（幾乎可以肯定）意味着沒有有符號類型可以保存其所有值。

ptrdiff_t不一定足夠寬。 這是兩個指針相減的結果，但沒有什么說指針減法不會溢出。 請參閱 C++ 標准的第 5.7 節：

當兩個指向同一個數組對象的元素的指針相減時，結果就是兩個數組元素的下標之差。 結果的類型是實現定義的有符號整數類型； 此類型應與<cstddef>標頭 (18.2) 中定義為std::ptrdiff_t的類型相同。 與任何其他算術溢出一樣，如果結果不適合提供的空間，則行為未定義。

最大的有符號類型是intmax_t ，在<stdint.h>或<cstdint>中定義。 這是 C99 的一個特性，C++11 是第一個包含 C99 標准庫的 C++ 標准，所以你的編譯器可能不支持它（MSVC 很可能不支持）。 （ 9 年后：這不再是什么大問題了。 ）如果有符號類型的寬度足以容納size_t類型的所有可能值，那么intmax_t就是（盡管可能有更窄的有符號類型也符合條件）。

您還可以使用long long ，這是一種保證至少為 64 位的有符號類型（很可能與intmax_t相同）。 即使它的寬度不足以容納size_t類型的所有可能值，它也幾乎肯定會容納size_t類型的所有相關值——除非您的實現實際上支持大於 8 EB（即 8192 PB 或 8388608 TB）的對象。

（注意，我使用的是“exa-”、“peta-”和“tera-”的二進制定義，它們的有效性值得懷疑。）

Answer 2

如果您想要一個可以包含系統最大值的標准類型，也許<cstdint> （C++11 起）會有所幫助。

該標頭中有一個 typedef 包含最大寬度整數類型，類型為intmax_t 。 有符號整數的intmax_t和無符號整數的uintmax_t是體系結構完全支持的最大整數。

所以，讓我們假設你在一個 64 位架構中，下面的指令：

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

將輸出：

intmax_t 是否與 int64_t 相同？ 是的

現場演示。

希望能幫助到你。

Answer 3

我假設您需要這種類型來進行某種指針運算。 除了std::ptrdiff_t之外，您不太可能需要其他任何東西。 這將在現代機器上發揮作用的唯一情況是當您處於 32 位模式並且您正在處理超過 2^31 字節的數據集時。 （如果沒有特殊工作，這甚至在 Windows 上都不可能。）您將無法同時使用兩個該大小的數組。 在這種情況下，您可能無論如何都應該在 64 位模式下工作。

在 64 位模式下，以目前的內存發展速度，在未來 40 年左右的時間里，它很可能不會成為問題。 當它出現問題時，在 128 位模式下編譯你的代碼，它會繼續運行。 ;)

Answer 4

如果您想要一個可以將std::size_t的每個值都保存為正值的有符號類型，我不知道有什么辦法。 假設你有相同的位數，存儲符號需要一位信息，所以新的最大值是舊的一半。 另一方面，使用該位的值的上半部分只是包裝到負數中，因此您始終可以回退。

真的，您可能需要將高無符號/負符號值與其他值分開，無論您將它們投射到何處。 如果 unsigned 0 <= x < M/2 <= y <= M映射到0 <= (x, y & (M/2)) < M/2 ，那么每個值都被考慮在內，但不會包裝為x 或 y 在任一方向。 如果有符號-M/2 <= y < 0 <= x < M/2映射到0 <= (x, y+M/2) < M則相同。

這樣您就知道x < 0或y > M/2何時超出轉換范圍，但同時您可以進行比較，例如 unsigned y(M) < y(M)+1或 signed x(0) > x(0)-1包裝后通常會失敗，例如0 < -1 = M ， M > M+1 = 0等。

作為記錄，我認為最好計算std::size_t的相應簽名類型std::make_signed_t<std::size_t> 。 目前它很可能是來自unsigned long long long long但我不知道它有多普遍，或者它是否會改變。 我建議從那里使用std::numeric_limits<T>來檢查最小值/最大值。