我应该在 32/64 位机器上使用 stdint.h 整数类型吗？

Question

让我对常规 c 整数声明感到困扰的一件事是它们的名称很奇怪，“long long”是最糟糕的。我只为 32 位和 64 位机器构建，所以我不一定需要该库提供的可移植性，但是我喜欢每种类型的名称都是长度相似的单个单词，大小没有歧义。

// multiple word types are hard to read
// long integers can be 32 or 64 bits depending on the machine

unsigned long int foo = 64;
long int bar = -64;

// easy to read
// no ambiguity

uint64_t foo = 64;
int64_t bar = -64;

在 32 位和 64 位机器上：

1) 使用较小的整数（例如 int16_t）会比使用较大的整数（例如 int32_t）慢吗？

2) 如果我需要一个 for 循环来运行 10 次，是否可以使用可以处理它的最小整数而不是典型的 32 位整数？

for (int8_t i = 0; i < 10; i++) {

}

3) 每当我使用我知道永远不会为负的整数时，即使我不需要提供的额外范围，是否可以更喜欢使用无符号版本？

// instead of the one above
for (uint8_t i = 0; i < 10; i++) {

}

4) 对 stdint.h 中包含的类型使用 typedef 是否安全

typedef int32_t signed_32_int;
typedef uint32_t unsigned_32_int;

编辑：两个答案都一样好，我不能真正倾向于一个，所以我只选择了代表较低的回答者

Answer 1

1) 使用较小的整数（例如 int16_t）会比使用较大的整数（例如 int32_t）慢吗？

是的，它可以更慢。请改用int_fast16_t。根据需要分析代码。性能非常依赖于实现。 int16_t 的一个主要好处是它在结构和数组中使用的体积小、定义明确（也必须是 2 的补码），而不是速度。

typedef 名称int_fastN_t 指定最快的有符号整数类型，其宽度至少为N。 C11 §7.20.1.3 2

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2) 如果我需要一个 for 循环只运行 10 次，是否可以使用可以处理它的最小整数而不是典型的 32 位整数？

是的，但是在代码和速度方面的节省是值得怀疑的。建议使用int。使用本机 int 大小，发出的代码在速度/大小方面往往是最佳的。

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3) 每当我使用一个我知道永远不会为负的整数时，即使我不需要提供的额外范围，是否可以更喜欢使用无符号版本？

当数学严格无符号时（例如使用size_t 的数组索引），首选使用一些无符号类型，但代码需要注意像这样粗心的应用程序

for (unsigned i = 10 ; i >= 0; i--) // infinite loop

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4) 对 stdint.h 中包含的类型使用 typedef 是否安全

几乎总是。 int16_t 之类的类型是可选的。最大可移植性使用所需的类型 uint_least16_t 和 uint_fast16_t 让代码在使用 9、18 等位宽的稀有平台上运行。

Answer 2

使用较小的整数（例如 int16_t）会比使用较大的整数（例如 int32_t）慢吗？

是的。有些 CPU 没有专用的 16 位算术指令； 16 位整数的算术运算必须使用如下指令序列来模拟：

r1 = r2 + r3
r1 = r1 & 0xffff

同样的原则也适用于 8 位类型。

使用<stdint.h> 中的“快速”整数类型来避免这种情况——例如，int_fast16_t 将为您提供一个至少 16 位宽的整数，但如果16 位类型不是最优的。

如果我需要一个 for 循环只运行 10 次，是否可以使用可以处理它的最小整数而不是典型的 32 位整数？

不要打扰；只需使用int。使用较窄的类型实际上并不会节省任何空间，如果您决定将迭代次数增加到 127 次以上并忘记循环变量使用的是窄类型，则可能会导致问题发生。

每当我使用我知道永远不会为负的整数时，即使我不需要提供的额外范围，是否可以更喜欢使用无符号版本？

最好避免。某些 C 习语不能在无符号整数上正常工作；例如，您不能编写如下形式的循环：

for (i = 100; i >= 0; i--) { … }

如果i 是无符号类型，因为i >= 0 将永远为真！

对 stdint.h 中包含的类型使用 typedef 是否安全

从技术角度来看是安全的，但它会惹恼其他必须使用您的代码的开发人员。

习惯 <stdint.h> 的名字。它们是标准化的并且相当容易键入。

Answer 3

1. 绝对有可能，是的。在我的笔记本电脑（Intel Haswell）上，在一个微基准测试中，两个寄存器在 0 到 65535 之间上下计数 20 亿次，这需要

   1.313660150s - ax dx (16-bit)
   1.312484805s - eax edx (32-bit)
   1.312270238s - rax rdx (64-bit)
   

   时间上的微小但可重复的差异。 （我在汇编中编写了基准测试，因为 C 编译器可能会将其优化为不同的寄存器大小。）

2. 它会起作用，但如果你改变界限，你必须保持它是最新的，C 编译器可能会将它优化为相同的汇编代码。

3. 只要 C 是正确的，那完全没问题。请记住，无符号溢出是已定义的，而有符号溢出是未定义的，编译器确实利用它进行优化。例如，

   void foo(int start, int count) {
       for (int i = start; i < start + count; i++) {
           // With unsigned arithmetic, this will execute 0 times if
           // "start + count" overflows to a number smaller than "start".
           // With signed arithmetic, that may happen, or the compiler
           // may assume this loop always runs "count" times.
           // For defined behavior, avoid signed overflow.
       }
   

4. 是的。此外，POSIX 提供了inttypes.h，它扩展了stdint.h 一些有用的函数和宏。